(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間の中の対象物の三次元座標を測定するための可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）であって、
ベース部と、
対向する第１の端部および第２の端部を有する手動で位置決め可能なアーム部分であって、前記アーム部分は、前記ベース部に回転可能に連結されており、前記アーム部分は、複数の接続されたアームセグメントを含み、それぞれのアームセグメントは、位置信号を作り出すための少なくとも１つの位置トランスデューサーを含む、アーム部分と、
それぞれのアームセグメントの中の前記少なくとも１つの位置トランスデューサーから前記位置信号を受信する電子回路と、
前記第１の端部に連結されているプローブ端部と、
前記プローブ端部に連結されている非接触式三次元測定デバイスであって、前記非接触式三次元測定デバイスは、プロジェクターおよび画像センサーを有しており、前記プロジェクターは、光源平面を有しており、前記プロジェクターは、前記対象物の上にコード化されたストラクチャードライトパターンであるストラクチャードライトを放出するように構成されており、前記ストラクチャードライトは、前記光源平面から放出され、少なくとも３つの同一線上にないパターン要素を含み、前記画像センサーは、前記対象物から反射される前記ストラクチャードライトを受信し、前記プローブ端部から切り離されたときに独立して動作可能である非接触式三次元測定デバイスと、
前記電子回路に電気的に連結されているプロセッサーであって、前記プロセッサーは、前記位置トランスデューサーから前記位置信号を受信することに応答して、および、前記画像センサーによって前記ストラクチャードライトを受信することに応答して、前記対象物の上のポイントの前記三次元座標を決定するように構成されている、プロセッサーと
を含み、
前記非接触式三次元測定デバイスは、前記プローブ端部から切り離されたときに前記非接触式三次元測定デバイスの位置を測定するロケーションデバイスと、前記ロケーションデバイスが測定した位置及び前記プローブ端部から切り離されたときに前記画像センサーによって受信された前記ストラクチャードライトを前記プロセッサーまたはコンピューティングデバイスに通信する通信回路と、を含む
ことを特徴とする可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）。
【請求項２】
請求項１に記載のＡＡＣＭＭであって、前記非接触式三次元測定デバイスが、前記プローブ端部に取り外し可能に連結されていることを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項３】
請求項１に記載のＡＡＣＭＭであって、前記コード化されたストラクチャードライトパターンが、正方形、矩形、および三角形のうちの少なくとも１つを含むグラフィカル要素を含むことを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項４】
請求項３に記載のＡＡＣＭＭであって、前記コード化されたライトパターンが、３０本のラインを含む正弦波パターンであり、それぞれのラインが、隣接するラインに対して位相が１８０度ずれていることを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項５】
請求項３に記載のＡＡＣＭＭであって、前記コード化されたストラクチャードライトパターンが、２７本のラインを含み、前記グラフィカル要素が正方形であることを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項６】
請求項１に記載のＡＡＣＭＭであって、前記コード化されたストラクチャードライトが、複数の波長を有するパターンを含み、少なくとも１つの波長は、他の波長とは異なる空間的な配置を有していることを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項７】
請求項１に記載のＡＡＣＭＭであって、前記コード化されたストラクチャードライトが、複数の区別可能な色を有するパターンを含むことを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項８】
請求項１に記載のＡＡＣＭＭであって、前記コード化されたストラクチャードライトが、セグメント化されたラインパターンを含むことを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項９】
請求項１に記載のＡＡＣＭＭであって、前記コード化されたストラクチャードライトが、二次元の空間的なグリッドパターンを含むことを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項１０】
請求項９に記載のＡＡＣＭＭであって、前記二次元の空間的なグリッドパターンが、擬似ランダムバイナリー配列を含むことを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項１１】
請求項９に記載のＡＡＣＭＭであって、前記二次元の空間的なグリッドパターンが、カラーコード化されたグリッドを含むことを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項１２】
請求項９に記載のＡＡＣＭＭであって、前記二次元の空間的なグリッドパターンが、多値擬似ランダム配列を含むことを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項１３】
請求項９に記載のＡＡＣＭＭであって、前記二次元の空間的なグリッドパターンが、カラーコード化された幾何学的形状の二次元の配列を含むことを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項１４】
請求項１に記載のＡＡＣＭＭであって、前記ストラクチャードライトパターンが、コード化されていないストラクチャードライトパターンであることを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のＡＡＣＭＭであって、前記コード化されていないストラクチャードライトパターンが、逐次的投影画像を含むことを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のＡＡＣＭＭであって、前記逐次的投影画像が、バイナリーパターンのセットであることを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項１７】
請求項１５に記載のＡＡＣＭＭであって、前記逐次的投影画像が、少なくとも２つの強さのレベルを有するストライプを含むパターンのセットであることを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項１８】
請求項１５に記載のＡＡＣＭＭであって、前記逐次的投影画像が、少なくとも３つの正弦波パターンのセットであることを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項１９】
請求項１５に記載のＡＡＣＭＭであって、前記逐次的投影画像が、少なくとも３つの正弦波パターンを含む少なくとも２つの強さのレベルを有するストライプを含むパターンのセットであることを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項２０】
請求項１４に記載のＡＡＣＭＭであって、前記コード化されていないストラクチャードライトパターンが、異なる照射パターンのシーケンスを投影し、異なる照射パターンの前記シーケンスのそれぞれが、前記対象物に対して異なる場所から投影されることを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項２１】
請求項１４に記載のＡＡＣＭＭであって、前記コード化されていないストラクチャードライトパターンが、繰り返されるグレイスケールパターンを含むことを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項２２】
請求項１に記載のＡＡＣＭＭであって、前記プローブ端部に連結される接触式測定デバイスをさらに含むことを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項２３】
請求項１に記載のＡＡＣＭＭであって、前記プロセッサーが、前記非接触式三次元測定デバイスの中に位置付けされていることを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項２４】
空間の中の対象物の座標を測定するための可搬型の関節アーム座標測定機を動作させる方法であって、
対向する第１の端部および第２の端部を有する手動で位置決め可能なアーム部分を提供するステップであって、複数の接続されたアームセグメントを含み、それぞれのアームセグメントは、位置信号を作り出すための少なくとも１つの位置トランスデューサーを含む、ステップと、
前記対象物を測定するプローブ端部を提供するステップであって、前記プローブ端部は、前記第１の端部に連結されている、ステップと、
電子回路において、前記トランスデューサーから前記位置信号を受信するステップと、
コントローラーを有する三次元の非接触式測定デバイスを提供するステップであって、前記非接触式測定デバイスは、センサーおよびプロジェクターを有しており、前記プロジェクターは、前記対象物の上にストラクチャードライトを放出するように構成されており、前記プロジェクターは、光源平面を有しており、前記ストラクチャードライトは、前記光源平面から放出され、少なくとも３つの同一線上にないパターン要素を含む、ステップと、
前記非接触式測定デバイスからのストラクチャードライトを前記対象物の上に投影するステップと
前記非接触式測定デバイスを用いて、前記対象物から前記ストラクチャードライトの反射を受信するステップと、
前記反射されたストラクチャードライトから、前記対象物の上のポイントの三次元座標を決定するステップと、
前記プローブ端部から前記非接触式測定デバイスを分離するステップと、
前記プローブ端部から離れて、前記非接触式測定デバイスを動作させるステップと、
前記プローブ端部から離れて動作している前記非接触式測定デバイスの位置を測定するステップと、
前記プローブ端部から離れて動作している場合に、前記対象物から前記ストラクチャードライトの反射を受信するステップと、
前記プローブ端部から離れて動作している前記非接触式測定デバイスから前記非接触式測定デバイスの位置及び受信された前記ストラクチャードライトのデータを送信するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法であって、前記ストラクチャードライトが、コード化されたストラクチャードライトであることを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法であって、前記対象物の上に投影される前記コード化されたストラクチャードライトパターンが、正方形、矩形、および三角形のうちの少なくとも１つを含むグラフィカル要素を含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２５に記載の方法であって、前記コード化されたライトパターンが、３０本のラインを含む正弦波パターンであり、それぞれのラインが、隣接するラインに対して位相が１８０度ずれていることを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２５に記載の方法であって、前記コード化されたストラクチャードライトパターンが、２７本のラインを含み、前記グラフィカル要素が正方形であることを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２５に記載の方法であって、前記コード化されたストラクチャードライトが、複数の波長を有するパターンを含み、少なくとも１つの波長は、他の波長とは異なる空間的な配置を有していることを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の方法であって、複数の波長を有する前記パターンが、前記光源平面に対して実質的に垂直に配向されるラインの中へ配置されていることを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項２５に記載の方法であって、前記コード化されたストラクチャードライトが、複数の区別可能な色を有する単一のパターンを含むことを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項２５に記載の方法であって、前記コード化されたストラクチャードライトが、セグメント化されたラインパターンを含むことを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項２５に記載の方法であって、前記コード化されたストラクチャードライトが、二次元の空間的なグリッドパターンを含むことを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項３３に記載の方法であって、前記二次元の空間的なグリッドパターンが、擬似ランダムバイナリー配列を含むことを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項３３に記載の方法であって、前記二次元の空間的なグリッドパターンが、カラーコード化されたグリッドを含むことを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項３３に記載の方法であって、前記二次元の空間的なグリッドパターンが、多値擬似ランダム配列を含むことを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項３３に記載の方法であって、前記二次元の空間的なグリッドパターンが、カラーコード化された幾何学的形状の二次元の配列を含むことを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項２５に記載の方法であって、前記電子回路によって、前記コード化されたストラクチャードライトを第１のパターンから第２のパターンへ変化させるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項３８に記載の方法であって、前記コード化されたストラクチャードライトが、オペレーター入力に応答して変化させられることを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項３８に記載の方法であって、前記コード化されたストラクチャードライトが、前記対象物の条件の変化に応答して、前記電子回路によって自動的に変化させられることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、座標測定機に関し、より詳細には、座標測定機のプローブ端部にコネクターを有する可搬型の関節アーム座標測定機に関し、それは、非接触式三次元測定のためにストラクチャードライトを使用するアクセサリーデバイスが座標測定機に取り外し可能に接続されることを可能にする。
【背景技術】
【０００２】
可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）は、部品の製造または生産のさまざまな段階（例えば、機械加工）の間に部品の寸法を迅速におよび正確に確認する要求が存在する部品の製造または生産において幅広く使用されている。可搬型のＡＡＣＭＭは、とりわけ、比較的に複雑な部品の寸法測定を実施するのにかかる時間量の中で、既知の定置式のまたは固定式の、コストが高く、使用するのが比較的に困難である測定設備と比べて大きな改善を示す。典型的に、可搬型のＡＡＣＭＭのユーザーは、単純に、測定されることとなる部品または対象物の表面に沿ってプローブを誘導する。次いで、測定データが記録され、ユーザーに提供される。場合によっては、データは、視覚的な形態、例えば、コンピュータースクリーンの上の三次元（３Ｄ）の形態でユーザーに提供される。他の場合では、データは、数字の形態でユーザーに提供され、例えば、穴の直径を測定するときに、テキスト「直径＝１．００３４」がコンピュータースクリーンの上に表示される。
【０００３】
先行技術の可搬型の関節アームＣＭＭの例が、同一出願人による特許文献１に開示されている。特許文献１は、一方の端部にサポートベース部を有し、他方の端部に測定プローブを有する手動操作式の関節アームＣＭＭから構成される３Ｄ測定システムを開示している。同一出願人による特許文献２は、同様の関節アームＣＭＭを開示している。特許文献２では、関節アームＣＭＭは、プローブ端部において追加的な回転軸を含む複数の特徴を含み、それによって、２−２−２軸構成、または、２−２−３軸構成のいずれか（後者は７軸アームである）を有するアームを提供している。
【０００４】
また、三次元の表面は、非接触技法を使用して測定することが可能である。レーザーラインプローブまたはレーザーラインスキャナーと称されることもある、非接触デバイスのうちの１つのタイプは、スポットの上に、または、ラインに沿ってのいずれかにレーザー光を放出する。例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）などのようなイメージングデバイスが、レーザーに隣接して位置付けされている。レーザーが、光のラインを放出するように配置され、光のラインは表面で反射される。測定されている対象物の表面は、拡散反射を引き起こし、それは、イメージングデバイスによってキャプチャーされる。センサーと表面との間の距離が変化するときに、センサーの上の反射ラインの画像が変化することとなる。イメージングセンサーとレーザーとの間の関係、および、センサーの上のレーザー画像の位置を知ることによって、三角測量法が使用され、表面の上のポイントの三次元座標を測定することが可能である。レーザーラインプローブを用いて起こる１つの問題は、レーザーラインプローブが対象物の表面を横切って移動させられる速度に応じて、測定されるポイントの密度が変化し得るということである。レーザーラインプローブが速く移動されればされるほど、ポイント同士の間の距離が大きくなり、ポイント密度が低くなる。ストラクチャードライトスキャナーによって、ポイント間隔は、典型的に、２つの寸法のそれぞれにおいて均一となり、それによって、一般的に、ワークピース表面のポイントの均一な測定を提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，４０２，５８２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，６１１，１４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
既存のＣＭＭは、その意図される目的に適切であるが、必要とされるのは、本発明の実施形態の特定の特徴を有する可搬型のＡＡＣＭＭである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、空間の中の対象物の三次元座標を測定するための可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）が提供される。ＡＡＣＭＭは、ベース部を含む。手動で位置決め可能なアーム部分が提供され、対向する第１の端部および第２の端部を有しており、アーム部分は、ベース部に回転可能に連結されており、アーム部分は、複数の接続されたアームセグメントを含み、それぞれのアームセグメントは、位置信号を作り出すための少なくとも１つの位置トランスデューサーを含む。電子回路が提供され、電子回路は、それぞれのアームセグメントの中の少なくとも１つの位置トランスデューサーから位置信号を受信する。プローブ端部は、第１の端部に連結されている。非接触式三次元測定デバイスは、プローブ端部に連結されており、非接触式三次元測定デバイスは、プロジェクターおよび画像センサーを有しており、プロジェクターは、光源平面を有しており、プロジェクターは、対象物の上にコード化されたストラクチャードライトパターンであるストラクチャードライトを放出するように構成されており、ストラクチャードライトは、光源平面の上に位置付けされ、少なくとも３つの同一線上にないパターン要素を含み、画像センサーは、対象物から反射されるストラクチャードライトを受信し、プローブ端部から切り離されたときに独立して動作可能であるように配置されている。プロセッサーは、電子回路に電気的に連結されており、プロセッサーは、位置トランスデューサーから位置信号を受信することに応答して、および、画像センサーによってストラクチャードライトを受信することに応答して、対象物の上のポイントの三次元座標を決定するように構成されている。非接触式三次元測定デバイスは、プローブ端部から切り離されたときに非接触式三次元測定デバイスの位置を測定するロケーションデバイスと、ロケーションデバイスが測定した位置及びプローブ端部から切り離されたときに画像センサーによって受信されたストラクチャードライトをプロセッサーまたはコンピューティングデバイスに通信する通信回路とを含んでいる。
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、空間の中の対象物の座標を測定するための可搬型の関節アーム座標測定機を動作させる方法が提供される。方法は、対向する第１の端部および第２の端部を有する手動で位置決め可能なアーム部分を提供するステップであって、複数の接続されたアームセグメントを含み、それぞれのアームセグメントは、位置信号を作り出すための少なくとも１つの位置トランスデューサーを含む、ステップを含む。プローブ端部は、対象物を測定するために提供されており、プローブ端部は、第１の端部に連結されている。電子回路は、トランスデューサーから位置信号を受信する。三次元の非接触式測定デバイスは、コントローラーを有するように提供され、三次元の非接触式測定デバイスは、センサーおよびプロジェクターを有しており、プロジェクターは、対象物の上にストラクチャードライトを放出するように構成されており、プロジェクターは、光源平面を有しており、ストラクチャードライトは、光源平面の上に位置付けされ、少なくとも３つの同一線上にないパターン要素を含む。ストラクチャードライトは、対象物の上に三次元測定デバイスから投影される。さらに、非接触式測定デバイスを用いて、対象物からストラクチャードライトの反射を受信するステップと、反射されたストラクチャードライトから、前記対象物の上のポイントの三次元座標を決定するステップと、プローブ端部から非接触式測定デバイスを分離するステップと、プローブ端部から離れて、非接触式測定デバイスを動作させるステップと、プローブ端部から離れて動作している非接触式測定デバイスの位置を測定するステップと、プローブ端部から離れて動作している場合に、対象物からストラクチャードライトの反射を受信するステップと、プローブ端部から離れて動作している非接触式測定デバイスから非接触式測定デバイスの位置及び受信された前記ストラクチャードライトのデータを送信するステップとを含む。
【０００９】
ここで図面を参照して、例示的な実施形態が示され、例示的な実施形態は、本開示の範囲全体に関して限定するものと解釈されるべきではなく、要素は、いくつかの図において同様に付番されている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】図１Ａおよび図１Ｂを含む、本発明のさまざまな態様の実施形態を中に有する可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａおよび図１Ｂを含む、本発明のさまざまな態様の実施形態を中に有する可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の斜視図である。
【図２】一緒に作られた図２Ａ〜図２Ｄを含む、一実施形態による、図１のＡＡＣＭＭの一部として利用される電子機器のブロック図である。
【図２Ａ】一緒に作られた図２Ａ〜図２Ｄを含む、一実施形態による、図１のＡＡＣＭＭの一部として利用される電子機器のブロック図である。
【図２Ｂ】一緒に作られた図２Ａ〜図２Ｄを含む、一実施形態による、図１のＡＡＣＭＭの一部として利用される電子機器のブロック図である。
【図２Ｃ】一緒に作られた図２Ａ〜図２Ｄを含む、一実施形態による、図１のＡＡＣＭＭの一部として利用される電子機器のブロック図である。
【図２Ｄ】一緒に作られた図２Ａ〜図２Ｄを含む、一実施形態による、図１のＡＡＣＭＭの一部として利用される電子機器のブロック図である。
【図３】一緒に作られた図３Ａおよび図３Ｂを含む、一実施形態による、図２の電子データ処理システムの詳細な特徴を説明するブロック図である。
【図３Ａ】一緒に作られた図３Ａおよび図３Ｂを含む、一実施形態による、図２の電子データ処理システムの詳細な特徴を説明するブロック図である。
【図３Ｂ】一緒に作られた図３Ａおよび図３Ｂを含む、一実施形態による、図２の電子データ処理システムの詳細な特徴を説明するブロック図である。
【図４】図１のＡＡＣＭＭのプローブ端部の等角図である。
【図５】ハンドルが連結されている状態の図４のプローブ端部の側面図である。
【図６】ハンドル取り付けられた状態の図４のプローブ端部の側面図である。
【図７】図６のプローブ端部のインターフェース部分の拡大された部分的な側面図である。
【図８】図５のプローブ端部のインターフェース部分の別の拡大された部分的な側面図である。
【図９】部分的に断面である図４のハンドルの等角図である。
【図１０】単一のカメラが取り付けられているストラクチャードライトデバイスを備える図１のＡＡＣＭＭのプローブ端部の等角図である。
【図１１】部分的に断面である図１０のデバイスの等角図である。
【図１２】二重のカメラが取り付けられている別のストラクチャードライトデバイスを備える図１のＡＡＣＭＭのプローブ端部の等角図である。
【図１３Ａ】図１のＡＡＣＭＭのプローブ端部に取り付けられているときの図１０のデバイスの動作を図示する概略図である。
【図１３Ｂ】図１のＡＡＣＭＭのプローブ端部に取り付けられているときの図１０のデバイスの動作を図示する概略図である。
【図１４Ａ】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、コード化されていないバイナリーパターンを有する逐次的投影を示す図である。
【図１４Ｂ】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、コード化されていないバイナリーパターンを有する逐次的投影を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、コード化されていないバイナリーパターンを有する逐次的投影を示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、コード化されていないバイナリーパターンを有する逐次的投影を示す図である。
【図１７Ａ】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、コード化されていないバイナリーパターンを有する逐次的投影を示す図である。
【図１７Ｂ】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、コード化されていないバイナリーパターンを有する逐次的投影を示す図である。
【図１７Ｃ】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、コード化されていないバイナリーパターンを有する逐次的投影を示す図である。
【図１８】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、空間的に変化するカラーコード化されたパターンを示す図である。
【図１９】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、空間的に変化するカラーコード化されたパターンを示す図である。
【図２０】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、ストリップインデックスコード化されたパターンを示す図である。
【図２１】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、ストリップインデックスコード化されたパターンを示す図である。
【図２２】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、ストリップインデックスコード化されたパターンを示す図である。
【図２３】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、ストリップインデックスコード化されたパターンを示す図である。
【図２４】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、二次元のグリッドパターンを示す図である。
【図２５Ａ】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、二次元のグリッドパターンを示す図である。
【図２５Ｂ】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、二次元のグリッドパターンを示す図である。
【図２６】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、二次元のグリッドパターンを示す図である。
【図２７】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、二次元のグリッドパターンを示す図である。
【図２８Ａ】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、二次元のグリッドパターンを示す図である。
【図２８Ｂ】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、二次元のグリッドパターンを示す図である。
【図２８Ｃ】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、二次元のグリッドパターンを示す図である。
【図２８Ｄ】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、二次元のグリッドパターンを示す図である。
【図２９Ａ】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、二次元のグリッドパターンを示す図である。
【図２９Ｂ】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、二次元のグリッドパターンを示す図である。
【図２９Ｃ】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、二次元のグリッドパターンを示す図である。
【図３０】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、二次元のグリッドパターンを示す図である。
【図３１】本発明の一実施形態による、図１０または図１２のストラクチャードライトデバイスによって放出され得る、二次元のグリッドパターンを示す図である。
【図３２】複数の照明条件の下でのストラクチャードライトのパターンを獲得するための測光技法の概略説明図である。
【図３３】本発明の別の実施形態によるＡＡＣＭＭから独立して動作可能なストラクチャードライトスキャナーデバイスの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
可搬型の関節アーム座標測定機（「ＡＡＣＭＭ」）は、対象物の測定値を得るためにさまざまな用途で使用されている。本発明の実施形態は、三次元の対象物の非接触式測定を提供するためにストラクチャードライトを使用するＡＡＣＭＭのプローブ端部に、オペレーターがアクセサリーデバイスを容易におよび迅速に連結することを可能にするという点で利点を提供する。本発明の実施形態は、ＡＡＣＭＭの中のストラクチャードライトデバイスによって測定されるポイントクラウドを表す通信データを提供するという点でさらに利点を提供する。本発明の実施形態は、向上した精度を提供し得る、測定されるポイントの分布のより良好な均一性の点で利点を提供する。本発明の実施形態は、外部接続または配線を有することなく、パワーおよびデータ通信を取り外し可能なアクセサリーに提供するという点で一層さらなる利点を提供する。
【００１２】
本明細書で使用されているように、「ストラクチャードライト」の用語は、対象物の連続的なおよび囲まれた領域の上に投影される光の二次元パターンを参照しており、それは、対象物の上のポイントの座標を決定するために使用され得る情報を伝達する。ストラクチャードライトパターンは、近接するおよび囲まれた領域の中に配設されている少なくとも３つの同一線上にないパターン要素を含有することとなる。３つの同一線上にないパターン要素のそれぞれは、ポイント座標を決定するために使用され得る情報を伝達する。
【００１３】
一般に、２つのタイプのストラクチャードライト（コード化されたライトパターン、および、コード化されていないライトパターン）が存在している。本明細書で使用されているように、コード化されたライトパターンは、対象物の照射表面の三次元座標が単一の画像の獲得によって確認され得るというものである。場合によっては、投影デバイスは、対象物に対して移動していることが可能である。換言すれば、コード化されたライトパターンに関して、投影されるパターンと獲得される画像との間に有意差のない時間的関係が存在することとなる。典型的に、コード化されたライトパターンは、要素のうちの少なくとも３つが同一線上にないように配置されている要素（例えば、幾何学的形状）のセットを含有することとなる。場合によっては、要素のセットは、ラインの集合の中へ配置され得る。要素のうちの少なくとも３つを同一線上にないようにさせることは、例えば、レーザーラインスキャナーによって投影されることとなるように、パターンが単純なラインパターンではないということを確実にする。結果として、パターン要素は、要素の配置に起因して認識可能である。
【００１４】
それとは対照的に、本明細書で使用されているようなコード化されていないストラクチャードライトパターンは、プロジェクターが対象物に対して移動しているときに、単一のパターンによる測定を可能にしないパターンである。コード化されていないライトパターンの例は、一連の逐次的パターンを必要とするものであり、したがって、一連の逐次的画像の獲得を必要とするものである。投影パターンおよび画像の獲得の時間的性質に起因して、プロジェクターと対象物との間に相対移動が存在するべきではない。
【００１５】
ストラクチャードライトは、光のラインを発生させるレーザーラインプローブまたはレーザーラインスキャナータイプのデバイスによって投影される光とは異なるということが認識されるべきである。今日の関節アームとともに使用されるレーザーラインプローブが、不規則性、または、発生ラインの中の特徴としてみなされ得る他の態様を有する限りにおいて、これらの特徴は、同一線上の配置で配設される。結果的に、単一の発生ラインの中のそのような特徴は、投影される光をストラクチャードライトにするようには考えられない。
【００１６】
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明のさまざまな実施形態によるＡＡＣＭＭ１００を斜視的に図示しており、関節アームは、座標測定機の１つのタイプである。図１Ａおよび図１Ｂに示されているように、例示的なＡＡＣＭＭ１００は、プローブ端部４０１を有する６軸または７軸の関節測定デバイスを含むことが可能であり、プローブ端部４０１は、一方の端部においてＡＡＣＭＭ１００のアーム部分１０４に連結されている測定プローブハウジング１０２を含む。アーム部分１０４は、第１のアームセグメント１０６を含み、第１のアームセグメント１０６は、第１のグループの軸受カートリッジ１１０（例えば、２つの軸受カートリッジ）によって第２のアームセグメント１０８に連結されている。第２のグループの軸受カートリッジ１１２（例えば、２つの軸受カートリッジ）は、第２のアームセグメント１０８を測定プローブハウジング１０２に連結している。第３のグループの軸受カートリッジ１１４（例えば、３つの軸受カートリッジ）は、第１のアームセグメント１０６をベース部１１６に連結しており、ベース部１１６は、ＡＡＣＭＭ１００のアーム部分１０４の他方の端部に位置付けされている。それぞれのグループの軸受カートリッジ１１０、１１２、１１４は、関節運動の複数の軸を提供する。また、プローブ端部４０１は、ＡＡＣＭＭ１００の第７の軸線部分のシャフトを含む測定プローブハウジング１０２を含むことが可能である（例えば、カートリッジが、ＡＡＣＭＭ１００の第７の軸線方向の測定デバイス（例えば、プローブ１１８）の運動を決定するエンコーダーシステムを含有している）。この実施形態では、プローブ端部４０１は、測定プローブハウジング１０２の中心を通って延在している軸線の周りに回転することが可能である。ＡＡＣＭＭ１００の使用時には、ベース部１１６は、典型的に、作業台に装着される。
【００１７】
それぞれの軸受カートリッジグループ１１０、１１２、１１４の中のそれぞれの軸受カートリッジは、典型的に、エンコーダーシステム（例えば、光学式の角度エンコーダーシステム）を含有している。エンコーダーシステム（すなわち、トランスデューサー）は、各アームセグメント１０６、１０８、および、対応する軸受カートリッジグループ１１０、１１２、１１４の位置の指示を提供し、それは、一緒になって、ベース部１１６に対するプローブ１１８の位置（ひいては、特定の規準系（例えば、ローカル規準系またはグローバル規準系）における、ＡＡＣＭＭ１００によって測定されている対象物の位置）の指示を提供する。アームセグメント１０６、１０８は、それに限定されないが、例えば、炭素複合材料などのような、適切な剛体材料から作製することが可能である。６軸または７軸の関節運動（すなわち、自由度）を備える可搬型のＡＡＣＭＭ１００は、オペレーターによって容易に扱われ得るアーム部分１０４を提供しながら、オペレーターが、ベース部１１６の周りの３６０°の領域の中の所望の場所にプローブ１１８を位置決めすることを可能にするという点で利点を提供する。しかし、２つのアームセグメント１０６、１０８を有するアーム部分１０４の説明図は、例示的な目的のためのものであり、特許請求されている発明は、そのように限定されるべきでないということが認識されるべきである。ＡＡＣＭＭ１００は、軸受カートリッジによって一緒に連結されている任意の数のアームセグメント（および、したがって、６軸または７軸よりも多いかまたは少ない関節運動または自由度）を有することが可能である。
【００１８】
プローブ１１８は、測定プローブハウジング１０２に切り離し可能に装着されており、測定プローブハウジング１０２は、軸受カートリッジグループ１１２に接続されている。ハンドル１２６は、例えば、クイックコネクトインターフェースによって、測定プローブハウジング１０２に対して取り外し可能である。より詳細に以下に議論されることとなるように、ハンドル１２６は、三次元の対象物の非接触式測定を提供するためにストラクチャードライトを放出するように構成されている別のデバイスと交換することが可能であり、それによって、オペレーターが、同じＡＡＣＭＭ１００を用いて、接触式測定および非接触式測定の両方を行うことを可能にするという点で利点を提供する。例示的な実施形態では、プローブハウジング１０２は、取り外し可能なプローブ１１８を収容しており、取り外し可能なプローブ１１８は、接触式測定デバイスであり、測定されることとなる対象物に物理的に接触する異なる先端部１１８（ボールタイプのプローブ、タッチセンサータイプのプローブ、湾曲したタイプのプローブ、およびエクステンションタイプのプローブを含むが、それに限定されない）を有することが可能である。他の実施形態では、測定は、例えば、コード化されたストラクチャードライトスキャナーデバイスなどのような非接触式デバイスによって実施される。一実施形態では、ハンドル１２６は、クイックコネクトインターフェースを使用して、コード化されたストラクチャードライトスキャナーデバイスと交換される。他のタイプの測定デバイスは、取り外し可能なハンドル１２６を交換し、追加的な機能性を提供することが可能である。そのような測定デバイスの例は、例えば、１つ以上の照明ライト、温度センサー、サーマルスキャナー、バーコードスキャナー、プロジェクター、ペイントスプレイヤー、カメラなどを含むが、それに限定されない。
【００１９】
図１Ａおよび図１Ｂに示されているように、ＡＡＣＭＭ１００は、取り外し可能なハンドル１２６を含み、取り外し可能なハンドル１２６は、軸受カートリッジグループ１１２から測定プローブハウジング１０２を取り外すことなく、アクセサリーまたは機能性が変化されるという点で利点を提供する。図２Ｄに関して以下により詳細に議論されているように、取り外し可能なハンドル１２６は、電気コネクターも含むことが可能であり、電気コネクターは、プローブ端部４０１に位置付けされているハンドル１２６および対応する電子機器と電力およびデータがやりとりされることを可能にする。
【００２０】
さまざまな実施形態では、それぞれのグループの軸受カートリッジ１１０、１１２、１１４は、ＡＡＣＭＭ１００のアーム部分１０４が、複数の回転軸線の周りで運動することを可能にする。述べられているように、それぞれの軸受カートリッジグループ１１０、１１２、１１４は、例えば、光学式の角度エンコーダーなどのような、対応するエンコーダーシステムを含み、それは、例えば、アームセグメント１０６、１０８の対応する回転軸線と同軸にそれぞれ配置されている。光学的なエンコーダーシステムは、対応する軸線の周りで、例えば、アームセグメント１０６、１０８のうちのそれぞれ１つの回転（旋回）運動または横（ヒンジ）運動を検出し、本明細書で以下により詳細に説明されているように、ＡＡＣＭＭ１００の中の電子データ処理システムに信号を送信する。それぞれの個々の処理されていないエンコーダーのカウントが、信号として電子データ処理システムに別々に送られ、電子データ処理システムにおいて、そのカウントは、測定データへとさらに処理される。同一出願人による特許文献１に開示されているような、ＡＡＣＭＭ１００自体から分離した位置計算機（例えば、シリアルボックス）は必要とされない。
【００２１】
ベース部１１６は、取り付けデバイスまたは装着デバイス１２０を含むことが可能である。装着デバイス１２０は、ＡＡＣＭＭ１００が、例えば、検査台、マシニングセンター、壁、または床などのような、所望の場所に取り外し可能に装着されることを可能にする。一実施形態では、ベース部１１６は、ハンドル部分１２２を含み、ハンドル部分１２２は、ＡＡＣＭＭ１００が移動されているときに、オペレーターがベース部１１６を持つのに都合の良い場所を提供する。一実施形態では、ベース部１１６は、可動式のカバー部分１２４をさらに含み、カバー部分１２４は、折り畳まれて、ディスプレイスクリーンなどのようなユーザーインターフェースを見えるようにする。
【００２２】
一実施形態によれば、可搬型のＡＡＣＭＭ１００のベース部１１６は、電子データ処理システムを有する電子回路を含有または収容しており、電子データ処理システムは、２つの主要なコンポーネント、すなわち、ＡＡＣＭＭ１００の中のさまざまなエンコーダーシステムからのデータ、および、三次元（３Ｄ）の位置計算をサポートするために他のアームパラメーターを表すデータを処理するベース部処理システムと、比較的に完全な計測機能が外部コンピューターへの接続を必要とせずにＡＡＣＭＭ１００の中で実施されることを可能にする、搭載オペレーティングシステム、タッチスクリーンディスプレイ、および常駐アプリケーションソフトウェアを含むユーザーインターフェース処理システムとを含む。
【００２３】
ベース部１１６の中の電子データ処理システムは、ベース部１１６から離れて位置付けされているエンコーダーシステム、センサー、および他の周辺ハードウェア（例えば、ＡＡＣＭＭ１００の上の取り外し可能なハンドル１２６に装着することが可能なストラクチャードライトデバイス）と通信することが可能である。これらの周辺ハードウェアデバイスまたは特徴をサポートする電子機器は、可搬型のＡＡＣＭＭ１００の中に位置付けされている軸受カートリッジグループ１１０、１１２、１１４のそれぞれの中に位置付けすることが可能である。
【００２４】
図２は、一実施形態による、ＡＡＣＭＭ１００の中で利用される電子機器のブロック図である。図２Ａに示されている実施形態は、電子データ処理システム２１０を含み、電子データ処理システム２１０は、ベース部処理システムを実装するためのベース部プロセッサー基板２０４と、ユーザーインターフェース基板２０２と、電力を提供するためのベース部電源基板２０６と、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール２３２と、ベース部傾斜基板２０８とを含む。ユーザーインターフェース基板２０２は、ユーザーインターフェース、ディスプレイ、および、本明細書で説明されている他の機能を実施するためにアプリケーションソフトウェアを実行するためのコンピュータープロセッサーを含む。
【００２５】
図２Ａおよび図２Ｂに示されているように、電子データ処理システム２１０は、１つ以上のアームバス２１８を介して上述の複数のエンコーダーシステムと通信している。図２Ｂおよび図２Ｃに示されている実施形態では、それぞれのエンコーダーシステムは、エンコーダーデータを発生させ、エンコーダーアームバスインターフェース２１４と、エンコーダーデジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）２１６と、エンコーダー読み取りヘッドインターフェース２３４と、温度センサー２１２とを含む。歪みセンサーなどのような他のデバイスは、アームバス２１８に取り付けることが可能である。
【００２６】
また、図２Ｄに示されているのは、アームバス２１８と通信しているプローブ端部電子機器２３０である。プローブ端部電子機器２３０は、プローブ端部ＤＳＰ２２８と、温度センサー２１２と、一実施形態ではクイックコネクトインターフェースを介してハンドル１２６またはコード化されたストラクチャードライトスキャナーデバイス２４２と接続するハンドル／デバイスインターフェースバス２４０と、プローブインターフェース２２６とを含む。クイックコネクトインターフェースは、コード化されたストラクチャードライトスキャナーデバイス２４２および他のアクセサリーによって使用されるデータバス、制御ライン、および電力バスへの、ハンドル１２６によるアクセスを可能にする。一実施形態では、プローブ端部電子機器２３０は、ＡＡＣＭＭ１００の上の測定プローブハウジング１０２の中に位置付けされている。一実施形態では、ハンドル１２６は、クイックコネクトインターフェースから取り外すことが可能であり、測定は、インターフェースバス２４０を介してＡＡＣＭＭ１００のプローブ端部電子機器２３０と通信するストラクチャードライトデバイス２４２によって実施することが可能である。一実施形態では、電子データ処理システム２１０は、ＡＡＣＭＭ１００のベース部１１６の中に位置付けされており、プローブ端部電子機器２３０は、ＡＡＣＭＭ１００の測定プローブハウジング１０２の中に位置付けされており、エンコーダーシステムは、軸受カートリッジグループ１１０、１１２、１１４の中に位置付けされている。プローブインターフェース２２６は、１−ｗｉｒｅ（登録商標）通信プロトコル２３６を具現化するＭａｘｉｍ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ、Ｉｎｃ．から市販されている製品を含む、任意の適切な通信プロトコルによってプローブ端部ＤＳＰ２２８に接続することが可能である。
【００２７】
図３は、一実施形態による、ＡＡＣＭＭ１００の電子データ処理システムの２１０の詳細な特徴を説明するブロック図である。一実施形態では、電子データ処理システム２１０は、ＡＡＣＭＭ１００のベース部１１６の中に位置付けされており、ベース部プロセッサー基板２０４と、ユーザーインターフェース基板２０２と、ベース部電源基板２０６と、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール２３２と、ベース部傾斜モジュール２０８とを含む。
【００２８】
図３Ａに示されている一実施形態では、ベース部プロセッサー基板２０４は、図中に図示されているさまざまな機能ブロックを含む。例えば、ベース部プロセッサー機能３０２は、ＡＡＣＭＭ１００からの測定データの収集をサポートするために利用され、アームバス２１８およびバス制御モジュール機能３０８を介して、処理されていないアームデータ（例えば、エンコーダーシステムデータ）を受信する。メモリー機能３０４は、プログラムおよび静的なアーム構成データを記憶する。また、ベース部プロセッサー基板２０４は、コード化されたストラクチャードライトスキャナーデバイス２４２などのような任意の外部ハードウェアデバイスまたはアクセサリーと通信するための外部ハードウェアオプションポート機能３１０も含む。また、リアルタイムクロック（ＲＴＣ）およびログ３０６と、バッテリーパックインターフェース（ＩＦ）３１６と、診断ポート３１８とが、図３Ａに示されているベース部プロセッサー基板２０４の実施形態の機能性の中に含まれる。
【００２９】
また、ベース部プロセッサー基板２０４は、外部（ホストコンピューター）および内部（ディスプレイプロセッサー２０２）デバイスとのすべての有線および無線データ通信を管理する。ベース部プロセッサー基板２０４は、（例えば、米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）１５８８などのようなクロック同期規格を使用して）イーサネット機能３２０を介してイーサネットネットワークと通信し、ＬＡＮ機能３２２を介して無線ローカル領域ネットワーク（ＷＬＡＮ）と通信し、パラレルシリアル通信（ＰＳＣ）機能３１４を介してＢｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール２３２と通信する能力を有している。また、ベース部プロセッサー基板２０４は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）デバイス３１２への接続も含む。
【００３０】
ベース部プロセッサー基板２０４は、上述の特許文献１のシリアルボックスで開示されているような任意の前処理を必要とせずに測定データへと処理するために、処理されていない測定データ（例えば、エンコーダーシステムのカウント、温度読み取り値）を送信および収集する。ベース部プロセッサー２０４は、ＲＳ４８５インターフェース（ＩＦ）３２６を介してユーザーインターフェース基板２０２の上のディスプレイプロセッサー３２８に処理されたデータを送る。また、一実施形態では、ベース部プロセッサー２０４は、処理されていない測定データを外部コンピューターに送る。
【００３１】
ここで図３Ｂのユーザーインターフェース基板２０２を見てみると、ベース部プロセッサーによって受信された角度および位置データが、ＡＡＣＭＭ１００の中の自律的な計測システムを提供するためにディスプレイプロセッサー３２８の上で実行されるアプリケーションによって利用される。アプリケーションは、ディスプレイプロセッサー３２８の上で実行され、それに限定されないが、特徴の測定、ガイダンスおよびトレーニングのグラフィックス、遠隔診断、温度補正、さまざまな動作の特徴の制御、さまざまなネットワークへの接続、ならびに、測定された対象物の表示などの機能をサポートすることが可能である。ディスプレイプロセッサー３２８および液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）３３８（例えば、タッチスクリーンＬＣＤ）ユーザーインターフェースとともに、ユーザーインターフェース基板２０２は、セキュアデジタル（ＳＤ）カードインターフェース３３０と、メモリー３３２と、ＵＳＢホストインターフェース３３４と、診断ポート３３６と、カメラポート３４０と、音声／映像インターフェース３４２と、ダイアルアップ／セルモデム３４４と、全地球測位システム（ＧＰＳ）ポート３４６とを含むいくつかのインターフェースオプションを含む。
【００３２】
また、図３Ａに示されている電子データ処理システム２１０は、環境データを記録するための環境レコーダー３６２を備えるベース部電源基板２０６も含む。また、ベース部電源基板２０６は、ＡＣ／ＤＣコンバーター３５８およびバッテリー充電器制御３６０を使用して、電子データ処理システム２１０に電力を提供する。ベース部電源基板２０６は、集積回路間（ｉｎｔｅｒ−ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）（Ｉ２Ｃ）シリアルシングルエンドバス３５４を使用して、および、ＤＭＡシリアル周辺インターフェース（ＤＳＰＩ）３５７を介して、ベース部プロセッサー基板２０４と通信する。ベース部電源基板２０６は、ベース部電源基板２０６の中に実装された入力／出力（Ｉ／Ｏ）拡張機能３６４を介して、傾斜センサーおよび無線周波数識別（ＲＦＩＤ）モジュール２０８に接続されている。
【００３３】
別々のコンポーネントとして示されているが、他の実施形態では、コンポーネントのすべてまたは一部は、異なる場所に物理的に位置付けされ、ならびに／または、図３Ａおよび図３Ｂに示されている位置とは異なる様式で組み合わせられた機能とすることが可能である。例えば、一実施形態では、ベース部プロセッサー基板２０４およびユーザーインターフェース基板２０２は、１つの物理的な基板へと組み合わせられる。
【００３４】
ここで図４〜図９を参照すると、プローブ端部４０１の例示的な実施形態が図示されており、それは、取り外し可能で交換可能なデバイス４００がＡＡＣＭＭ１００に連結することを可能にするクイックコネクトの機械的および電気的なインターフェースを備える測定プローブハウジング１０２有している。例示的な実施形態では、デバイス４００は、エンクロージャー４０２を含み、エンクロージャー４０２は、ハンドル部分４０４を含み、ハンドル部分４０４は、例えば、ピストルグリップの中にあるように、オペレーターの手で握られるようにサイズ決めおよび形状決めされている。エンクロージャー４０２は、キャビティー４０６を有する薄壁構造体である（図９）。キャビティー４０６は、コントローラー４０８を受け入れるようにサイズ決めおよび構成されている。コントローラー４０８は、例えばマイクロプロセッサーを有するデジタル回路とするか、または、アナログ回路とすることが可能である。一実施形態では、コントローラー４０８は、電子データ処理システム２１０（図２および図３）と非同期双方向通信をしている。コントローラー４０８と電子データ処理システム２１０との間の通信接続は、（例えば、コントローラー４２０を介した）有線とすることが可能であるか、または、直接的もしくは間接的な無線接続（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ(登録商標)もしくはＩＥＥＥ８０２．１１）、または、有線接続および無線接続の組み合わせとすることが可能である。例示的な実施形態では、エンクロージャー４０２は、例えば、射出成形されたプラスチック材料などから、２つの半割部４１０、４１２で形成されている。半割部４１０、４１２は、例えば、スクリュー４１４などのような締結具によって、一緒に固定することが可能である。他の実施形態では、エンクロージャー半割部４１０、４１２は、例えば、接着剤または超音波溶接によって、一緒に固定することが可能である。
【００３５】
また、ハンドル部分４０４は、オペレーターによって手動で作動され得るボタンまたはアクチュエーター４１６、４１８も含む。アクチュエーター４１６、４１８は、コントローラー４０８に連結されており、コントローラー４０８は、プローブハウジング１０２の中のコントローラー４２０に信号を送信する。例示的な実施形態では、アクチュエーター４１６、４１８は、プローブハウジング１０２の上においてデバイス４００の反対側に位置付けされているアクチュエーター４２２、４２４の機能を実施する。デバイス４００は、デバイス４００、ＡＡＣＭＭ１００を制御するために使用され得る追加的なスイッチ、ボタン、または他のアクチュエーターを有することが可能であり、またはその逆の可能性もあるということが認識されるべきである。また、デバイス４００は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、音源、メーター、ディスプレイ、または計器などのようなインジケーターを含むことが可能である。一実施形態では、デバイス４００は、デジタルボイスレコーダーを含むことが可能であり、デジタルボイスレコーダーは、口頭のコメントを、測定されるポイントと同時に残すことを可能にする。さらなる別の実施形態では、デバイス４００は、マイクロホンを含み、マイクロホンは、オペレーターが、音声による作動コマンドを電子データ処理システム２１０に送信することを可能にする。
【００３６】
一実施形態では、ハンドル部分４０４は、オペレーターの両手で使用されるように、または、特定の手（例えば、左利きもしくは右利き）のためのものとするように構成することが可能である。また、ハンドル部分４０４は、障害を持つオペレーター（例えば、指の欠けたオペレーター、または、義肢を着けたオペレーター）を手助けするように構成することも可能である。さらに、空間的ゆとりが限られるときには、ハンドル部分４０４は取り外され、プローブハウジング１０２が単体で使用され得る。また、上記に議論されているように、プローブ端部４０１は、ＡＡＣＭＭ１００の第７の軸線のシャフトを含むことも可能である。この実施形態では、デバイス４００は、ＡＡＣＭＭの第７の軸線の周りで回転するように配置することが可能である。
【００３７】
プローブ端部４０１は、プローブハウジング１０２の上の第２のコネクター４２８と協働するデバイス４００の上の第１のコネクター４２９（図８）を有する機械的および電気的なインターフェース４２６を含む。コネクター４２８、４２９は、プローブハウジング１０２へのデバイス４００の連結を可能にする電気的および機械的な特徴を含むことが可能である。一実施形態では、インターフェース４２６は、第１の表面４３０を含み、第１の表面４３０は、その上に機械的連結器４３２および電気コネクター４３４を有している。また、エンクロージャー４０２は、第２の表面４３６を含み、第２の表面４３６は、第１の表面４３０に隣接して位置付けされ、第１の表面４３０からオフセットされている。例示的な実施形態では、第２の表面４３６は、第１の表面４３０からおおよそ０．５インチの距離だけオフセットされている平面的な表面である。このオフセットは、カラー４３８などのような締結具を締めるか、または緩めるときに、オペレーターの指のためのクリアランスを提供する。インターフェース４２６は、コネクターピンを整合させることを必要とせずに、および、別々のケーブルまたはコネクターを必要とせずに、デバイス４００とプローブハウジング１０２との間で比較的に迅速で安定した電子的な接続を提供する。
【００３８】
電気コネクター４３４は、第１の表面４３０から延在し、１つ以上のコネクターピン４４０を含み、コネクターピン４４０は、例えば、１つ以上のアームバス２１８などを介して、電子データ処理システム２１０（図２および図３）と非同期双方向通信するように電気的に連結される。双方向通信接続は、（例えば、アームバス２１８を介した）有線、無線（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）またはＩＥＥＥ８０２．１１）、または、有線接続および無線接続の組み合わせとすることが可能である。一実施形態では、電気コネクター４３４は、コントローラー４２０に電気的に連結される。コントローラー４２０は、例えば、１つ以上のアームバス２１８などを介して、電子データ処理システム２１０と非同期双方向通信することが可能である。電気コネクター４３４は、プローブハウジング１０２の上の電気コネクター４４２との比較的に迅速で安定した電子的な接続を提供するように位置付けされている。電気コネクター４３４、４４２は、デバイス４００がプローブハウジング１０２に取り付けられるときに互いに接続する。電気コネクター４３４、４４２は、金属で覆われたコネクターハウジングをそれぞれ含むことが可能であり、コネクターハウジングは、デバイス４００をプローブハウジング１０２に取り付けるプロセスの間に、電磁干渉からの遮蔽、ならびに、コネクターピンの保護、および、ピンアライメントの補助を提供する。
【００３９】
機械的連結器４３２は、デバイス４００とプローブハウジング１０２との間に、比較的に強固な機械的連結を提供し、ＡＡＣＭＭ１００のアーム部分１０４の端部の上のデバイス４００の場所がシフトまたは移動しないことが好ましい比較的に正確な用途をサポートする。任意のそのような移動は、典型的に、測定結果の精度の望ましくない低下を引き起こす可能性がある。これらの所望の結果は、本発明の実施形態のクイックコネクトの機械的および電子的インターフェースの機械的な取り付け構成部分のさまざまな構造的特徴を使用して実現される。
【００４０】
一実施形態では、機械的連結器４３２は、一方の端部４４８（デバイス４００の前縁部または「最前部」）に位置付けされている第１の突出部４４４を含む。第１の突出部４４４は、キーを付けられた、切り欠きを入れられた、または傾斜を付けられたインターフェースを含むことが可能であり、それは、第１の突出部４４４から延在するリップ部４４６を形成する。リップ部４４６は、プローブハウジング１０２から延在する突出部４５２によって画定されるスロット４５０の中に受け入れられるようにサイズ決めされている（図８）。第１の突出部４４４およびスロット４５０は、カラー４３８とともに連結器配置を形成し、リップ部４４６がスロット４５０の中に位置付けされるときに、スロット４５０が、プローブハウジング１０２に取り付けられるときのデバイス４００の長手方向および横方向の両方の移動を制限するために使用され得るようになっているということが認識されるべきである。より詳細に以下に議論されることとなるように、カラー４３８の回転は、スロット４５０の中にリップ部４４６を固定するために使用することが可能である。
【００４１】
第１の突出部４４４の反対側に、機械的連結器４３２は、第２の突出部４５４を含むことが可能である。第２の突出部４５４は、キーを付けられ、切り欠きを入れられたリップ部、または、傾斜を付けられたインターフェース表面４５６を有することが可能である（図５）。第２の突出部４５４は、例えば、カラー４３８などのような、プローブハウジング１０２に関連する締結具を係合するように位置付けされている。より詳細に以下に議論されることとなるように、機械的連結器４３２は、表面４３０から突出する隆起した表面を含み、それは、電気コネクター４３４に隣接し、または、電気コネクター４３４の周りに配設されており、それは、インターフェース４２６のための枢動点を提供する（図７および図８）。これは、デバイス４００がプローブハウジング１０２に取り付けられるときに、デバイス４００とプローブハウジング１０２との間の３つの機械的接点のうちの第３の接点としての役割を果たす。
【００４２】
プローブハウジング１０２は、一方の端部において、同軸に配置されているカラー４３８を含む。カラー４３８は、第１の位置（図５）と第２の位置（図７）との間で移動することができる可動式のねじ部分を含む。カラー４３８を回転させることによって、カラー４３８は、外部ツールを必要とすることなくデバイス４００を固定するか、または取り外すために使用することが可能である。カラー４３８の回転は、比較的に間隔の広い角ねじ山の切られたシリンダー４７４に沿ってカラー４３８を移動させる。そのような比較的に大きいサイズの角ねじ、および、輪郭表面の使用は、最小限の回転トルクによって非常に大きなクランプ力を可能にする。さらに、シリンダー４７４のねじ山の間隔の広いピッチは、カラー４３８が最小限の回転によって締められるか、または緩められることを可能にする。
【００４３】
デバイス４００をプローブハウジング１０２に連結するために、リップ部４４６が、スロット４５０の中へ挿入され、デバイスが、矢印４６４によって示されているように、第２の突出部４５４を表面４５８に向かって回転させるように枢動させられる（図５）。カラー４３８は回転させられ、カラー４３８が矢印４６２によって示されている方向に移動または並進し、表面４５６と係合することを引き起こす。角度の付いた表面４５６に対するカラー４３８の移動は、隆起した表面４６０に対して機械的連結器４３２を駆動する。これは、プローブハウジング１０２へのデバイス４００の強固な着座を妨げる可能性があるインターフェースの変形、または、インターフェースの表面の上の異物に伴って起こり得る問題を克服することを支援する。カラー４３８によって第２の突出部４５４に力を加えることは、機械的連結器４３２を前方に移動させ、プローブハウジング１０２のシート部の中へリップ部４４６を押す。カラー４３８が締められ続けるにつれて、第２の突出部４５４は、プローブハウジング１０２に向かって上向きに押され、枢動点に圧力を加える。これは、シーソータイプの配置を提供し、第２の突出部４５４、リップ部４４６、および中心枢動点に圧力を加え、デバイス４００のずれまたは揺れを低減させるか、または排除する。枢動点は、プローブハウジング１０２の底部を直接的に押し、一方、リップ部４４６は、プローブハウジング１０２の端部に下向きの力を加える。図５は、矢印４６２、４６４を含み、デバイス４００およびカラー４３８の移動の方向を示している。図７は、矢印４６６、４６８、４７０を含み、カラー４３８が締められるときに、インターフェース４２６の中で加えられる圧力の方向を示している。デバイス４００の表面４３６のオフセット距離は、カラー４３８と表面４３６との間にギャップ４７２を提供するということが認識されるべきである（図６）。ギャップ４７２は、カラー４３８が回転されるときに指を挟むリスクを低減させながら、オペレーターがカラー４３８をよりしっかりと握ることを可能にする。一実施形態では、プローブハウジング１０２は、カラー４３８が締められるときの変形を低減させるか、または防止するのに十分な剛性のものである。
【００４４】
インターフェース４２６の実施形態は、機械的連結器４３２および電気コネクター４３４の適正なアライメントを可能にし、また、加えられる応力から電子機器インターフェースを保護し、そうでなければ、応力が、カラー４３８、リップ部４４６、および表面４５６のクランピング作用に起因して生じる可能性がある。これは、回路基板４７６に装着された電気コネクター４３４、４４２（それは、はんだ付けされた端子を有することが可能である）に対する応力損傷を低減または排除するという点で利点を提供する。また、実施形態は、ユーザーがデバイス４００をプローブハウジング１０２に接続するか、または、プローブハウジング１０２から切り離すためにツールが必要とされないという点で、既知のアプローチに勝る利点を提供する。これは、オペレーターが手動で比較的簡単にデバイス４００をプローブハウジング１０２に接続し、およびプローブハウジング１０２から切り離すことを可能にする。
【００４５】
インターフェース４２６によって可能な比較的に多数の遮蔽された電気接続に起因して、比較的に多数の機能が、ＡＡＣＭＭ１００とデバイス４００との間で共有され得る。例えば、ＡＡＣＭＭ１００の上に位置付けされているスイッチ、ボタン、または他のアクチュエーターは、デバイス４００を制御するために使用することが可能であり、または、その逆も同様である。さらに、コマンドおよびデータを電子データ処理システム２１０からデバイス４００へ送信することが可能である。一実施形態では、デバイス４００は、ベース部プロセッサー２０４の上のメモリーの中に記憶されることとなるか、または、ディスプレイ３２８の上に表示されることとなる記録された画像のデータを送信するビデオカメラである。別の実施形態では、デバイス４００は、電子データ処理システム２１０からデータを受信する画像プロジェクターである。加えて、ＡＡＣＭＭ１００またはデバイス４００のいずれかに位置付けされている温度センサーは、他方によって共有され得る。本発明の実施形態は、多種多様なアクセサリーデバイス４００がＡＡＣＭＭ１００に迅速に、容易に、および確実に連結されることを可能にする柔軟なインターフェースを提供するという点で利点を提供するということが認識されるべきである。さらに、ＡＡＣＭＭ１００とデバイス４００との間で機能を共有する能力は、重複を排除することによって、ＡＡＣＭＭ１００のサイズ、電力消費、および複雑さを低減することを可能にし得る。
【００４６】
一実施形態では、コントローラー４０８は、ＡＡＣＭＭ１００のプローブ端部４０１の動作または機能性を変更することが可能である。例えば、コントローラー４０８は、デバイス４００が取り付けられているときと、プローブハウジング１０２が単体で使用されるときとの異なるときにおいて、異なる色の光、異なる強さの光を放出するか、または、点灯／消灯するかのいずれかを行うように、プローブハウジング１０２の上のインジケーターライトを変更することが可能である。一実施形態では、デバイス４００は、対象物までの距離を測定する距離測定センサー（図示せず）を含む。この実施形態では、コントローラー４０８は、対象物がプローブ先端部１１８からどのぐらい離れているかについてオペレーターに指示を提供するために、プローブハウジング１０２の上のインジケーターライトを変化させることが可能である。別の実施形態では、コントローラー４０８は、コード化されたストラクチャードライトスキャナーデバイスによって獲得された画像の品質に基づいて、インジケーターライトの色を変化させることが可能である。これは、コントローラー４２０の要件を簡単化するという点で利点を提供し、アクセサリーデバイスの追加による機能性のアップグレードまたは向上を可能にする。
【００４７】
図１０〜図１３を参照すると、本発明の実施形態は、非接触式三次元測定デバイス５００に関して、プロジェクター、カメラ、信号処理、制御、およびインジケーターインターフェースに利点を提供する。デバイス５００は、一対の光学式デバイス（例えば、ライトプロジェクター５０８およびカメラ５１０など）を含み、光学式デバイスは、ストラクチャードライトパターンを投影し、対象物５０１から反射された二次元パターンを受信する。デバイス５００は、既知の放出されたパターンおよび獲得された画像に基づいて三角測量ベースの方法を使用し、受信された画像のそれぞれの画素に関して、対象物５０１のＸ、Ｙ、Ｚ座標データを表すポイントクラウドを決定する。一実施形態では、ストラクチャードライトパターンは、単一の画像が対象物ポイントの三次元座標を決定するのに十分となるようにコード化されている。また、そのようなコード化されたストラクチャードライトパターンは、単一のショットで三次元座標を測定すると言うことも可能である。
【００４８】
例示的な実施形態では、プロジェクター５０８は、パターンジェネレーターを照射する可視光光源を使用する。可視光光源は、レーザー、高輝度発光ダイオード、白熱灯、発光ダイオード（ＬＥＤ）、または、他の光放出デバイスとすることが可能である。例示的な実施形態では、パターンジェネレーターは、ストラクチャードライトパターンがその上にエッチング加工されたクロム−オン−ガラス（ｃｈｒｏｍｅ−ｏｎ−ｇｌａｓｓ）スライドである。スライドは、必要とされる位置の内外へ移動する単一のパターンまたは複数のパターンを有することが可能である。スライドは、手動でまたは自動的に動作位置に搭載することが可能である。他の実施形態では、光源パターンは、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されているデジタルライトプロジェクター（ＤＬＰ）などのようなデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、液晶デバイス（ＬＣＤ）、液晶−オン−シリコン（ＬＣＯＳ）デバイス、または、反射モードよりも透過モードで使用される同様のデバイスによって、反射または透過される光とすることが可能である。プロジェクター５０８は、レンズシステム５１５をさらに含むことが可能であり、レンズシステム５１５は、出ていく光を所望の焦点特性を有するように変更させる。
【００４９】
デバイス５００は、ハンドル部分５０４を備えるエンクロージャー５０２をさらに含む。一実施形態では、デバイス５００は、一方の端部にインターフェース４２６をさらに含むことが可能であり、インターフェース４２６は、本明細書で上記に説明されているように、デバイス５００をプローブハウジング１０２に機械的におよび電気的に連結する。他の実施形態では、デバイス５００は、プローブハウジング１０２の中に一体化され得る。インターフェース４２６は、デバイス５００が、追加的なツールを必要とすることなく、迅速におよび容易にＡＡＣＭＭ１００に連結され、および、ＡＡＣＭＭ１００から取り外されることを可能にするという点で利点を提供する。
【００５０】
カメラ５１０は、感光性センサーを含み、感光性センサーは、センサーの視野の中の領域のデジタル画像／表示を発生させる。センサーは、画素の配列を有する、例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）タイプのセンサーまたは相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）タイプのセンサーとすることが可能である。カメラ５１０は、それに限定されないが、例えば、レンズ５０３および他の光学式デバイスなどのような、他のコンポーネントをさらに含むことが可能である。例示的な実施形態では、プロジェクター５０８およびカメラ５１０は、所定の角度で配置されており、センサーが対象物５０１の表面から反射される光を受信することが可能であるようになっている。一実施形態では、プロジェクター５０８およびカメラ５１０は、デバイス５００がプローブ先端部１１８を適当な位置に置いた状態で動作され得るように位置付けされる。さらに、デバイス５００は、プローブ先端部１１８に対して実質的に固定され、ハンドル部分５０４にかかる力は、プローブ先端部１１８に対するデバイス５００のアライメントに影響を及ぼし得ないということが認識されるべきである。一実施形態では、デバイス５００は、デバイス５００からとプローブ先端部１１８からとの間でオペレーターがデータを獲得することを切り替えることを可能にする追加的なアクチュエーター（図示せず）を有することが可能である。
【００５１】
プロジェクター５０８およびカメラ５１０は、エンクロージャー５０２の中に配設されているコントローラー５１２に電気的に連結されている。コントローラー５１２は、１つ以上のマイクロプロセッサー、デジタル信号プロセッサー、メモリー、および信号調整回路を含むことが可能である。デバイス５００によって発生させられるデジタル信号処理および大きなデータ量に起因して、コントローラー５１２は、ハンドル部分５０４の中に配置することが可能である。コントローラー５１２は、電気コネクター４３４を介してアームバス２１８に電気的に連結されている。デバイス５００は、アクチュエーター５１４、５１６をさらに含むことが可能であり、アクチュエーター５１４、５１６は、オペレーターによって手動で作動させられ、デバイス５００による動作およびデータ収集を開始させることが可能である。一実施形態では、対象物５０１を表すポイントクラウドのＸ、Ｙ、Ｚ座標データを決定するための画像処理が、コントローラー５１２によって実施され、座標データが、バス２４０を介して電子データ処理システム２１０に送信される。別の実施形態では、画像が、電子データ処理システム２１０に送信され、座標の計算が、電子データ処理システム２１０によって実施される。
【００５２】
一実施形態では、コントローラー５１２は、電子データ処理システム２１０と通信し、電子データ処理システム２１０からストラクチャードライトパターン画像を受信するように構成されている。さらに別の実施形態では、対象物の上に放出されるパターンは、自動的に、または、オペレーターからの入力に応答してのいずれかにより、電子データ処理システム２１０によって変化させられ得る。これは、条件が正当であるときにデコードするのがより簡単なパターンの使用を可能にすることによって、および、所望のレベルの精度または分解能を実現することが望まれる場所でより複雑なパターンの使用を可能にすることによって、より少ない処理時間でより高い精度測定を得るという点で利点を提供することが可能である。
【００５３】
本発明の他の実施形態では、デバイス５２０（図１２）は、一対のカメラ５１０を含む。カメラ５１０は、プロジェクター５０８に対して所定の角度で配置され、対象物５０１から反射された光を受信する。複数のカメラ５１０の使用は、いくつかの用途において、重複する画像を提供し、測定の精度を向上させることによって、利点を提供することが可能である。さらに他の実施形態では、重複する画像は、カメラ５１０を交互に動作させることにより画像の獲得速度を増加させることによって、逐次的パターンがデバイス５００によって迅速に獲得されることを可能にする。
【００５４】
ここで図１３Ａおよび図１３Ｂを参照して、ストラクチャードライトデバイス５００の動作を説明する。デバイス５００は、第一に、プロジェクター５０８によって、対象物５０１の表面５２４の上にストラクチャードライトパターン５２２を放出する。ストラクチャードライトパターン５２２は、Ｊａｓｏｎ  ＧｅｎｇによってＳＰＩＥ会報第７９３２巻で公開された学術論文「ＤＬＰ−Ｂａｓｅｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  ３Ｄ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」に開示されているパターンを含むことが可能である。ストラクチャードライトパターン５２２は、図１４〜図３２に示されているパターンのうちの１つをさらに含むことが可能であるが、それに限定されない。プロジェクター５０８からの光５０９は、表面５２４から反射され、反射された光５１１は、カメラ５１０によって受信される。例えば、突出部５２６などのような表面５２４の変化は、パターンの画像がカメラ５１０によってキャプチャーされるときに、ストラクチャードパターンの中に変形を生成させるということが認識されるべきである。パターンはストラクチャードライトによって形成されるので、いくつかの場合では、コントローラー５１２または電子データ処理システム２１０が、放出されたパターンの中の画素（例えば、画素５１３など）と、画像化されるパターンの中の画素（例えば、画素５１５など）との間の１対１の対応を決定することが可能である。これは、画像化されるパターンの中のそれぞれの画素の座標を決定するために三角測量原理が使用されることを可能にする。表面５２４の三次元座標の収集は、ポイントクラウドと称される場合がある。表面５２４の上方でデバイス５００を移動させることによって、対象物５０１全体のポイントクラウドを生成させることが可能である。いくつかの実施形態では、デバイス５００の位置および配向が、電子データ処理システム２１０によって知られ、ＡＡＣＭＭ１００に対する対象物５０１の場所が確認され得るようになっているという点において、プローブ端部へのデバイス５００の連結が利点を提供するということが認識されるべきである。
【００５５】
画素の座標を決定するために、ポイント５２７において対象物５２２に交差するそれぞれの投影光線５０９の角度は、投影角度ファイ（Φ）に対応することが知られており、Φ情報が、放出されるパターンの中へコード化されるようになっている。一実施形態では、システムは、画像化されるパターンの中のそれぞれの画素に対応するΦ値が確認されることを可能にするように構成されている。さらに、プロジェクター５０８とカメラとの間のベースライン距離「Ｄ」が知られているので、カメラの中のそれぞれの画素に関する角度オメガ（Ω）が知られる。したがって、カメラ５１０から画素が画像化される場所への距離「Ｚ」は、以下の等式を使用する。
【数１】
0005816773.tif 000002
したがって、三次元座標は、獲得される画像の中のそれぞれの画素について計算することが可能である。
【００５６】
一般に、２つのカテゴリーのストラクチャードライト、すなわち、コード化されたストラクチャードライト、および、コード化されていないストラクチャードライトが存在している。図１４〜図１７および図２８〜図３０に示されているものなどのような、コード化されていないストラクチャードライトの共通の形態は、１つの寸法に沿って周期的な様式で変化する縞模様のパターンに依存している。これらのタイプのパターンは、通常、所定のシーケンスで適用され、対象物への近似距離を提供する。いくつかのコード化されていないパターンの実施形態（例えば、正弦波パターンなど）は、比較的に高度に正確な測定を提供することが可能である。しかし、これらのタイプのパターンを効果的にするために、通常、スキャナーデバイスおよび対象物が互いに対して静止して保持されることが必要である。スキャナーデバイスまたは対象物が（他方に対して）移動している場合には、図１８〜図２７に示されているものなどのようなコード化されたパターンが好ましい可能性がある。コード化されたパターンは、単一の獲得される画像を使用して画像が分析されることを可能にする。いくつかのコード化されたパターンは、プロジェクターパターンの上の特定の配向（例えば、プロジェクター平面の上のエピポーララインに対して垂直である）に設置され、それによって、単一の画像に基づいて三次元の表面座標の分析を簡単化することが可能である。
【００５７】
エピポーララインは、図１３Ｂのエピポーラ平面と、光源平面５１７または画像平面５２１（カメラセンサーの平面）との間の交差によって形成される数学的なラインである。エピポーラ平面は、プロジェクター透視中心５１９およびカメラ透視中心を通過する任意の平面とすることが可能である。光源平面５１７および画像平面５２１の上のエピポーララインは、場合によっては平行となり得るが、一般に平行ではない。エピポーララインの態様は、プロジェクター平面５１７の上に与えられたエピポーララインが、対応するエピポーララインを画像平面５２１の上に有するというものである。したがって、プロジェクター平面５１７の中のエピポーララインの上で既知の任意の特定のパターンが、画像平面５２１の中に即座に観察および評価され得る。例えば、コード化されたパターンがプロジェクター平面５１７の中のエピポーララインに沿って設置されている場合には、画像平面５２１の中のコード化された要素同士の間の間隔は、カメラセンサー５１０の画素から読み取られた値を使用して決定することが可能である。この情報は、対象物５０１の上のポイント５２７の三次元座標を決定するために使用することが可能である。さらに、コード化されたパターンをエピポーララインに対して既知の角度で傾斜させ、対象物表面座標を効率的に抽出することが可能である。コード化されたパターンの例は、図２０〜図２９に示されている。
【００５８】
正弦波状に繰り返すパターンなどのような周期的なパターンを有する実施形態では、正弦波の周期が、複数のパターン要素を表している。二次元における周期的なパターンの多様性が存在しているので、パターン要素は、同一線上にない。場合によっては、変化する幅のストライプを有する縞模様のパターンは、コード化されたパターンを表すことが可能である。
【００５９】
ここで図１４〜図１７を参照すると、コード化されていないストラクチャードライトパターンの実施形態が示されている。パターンのうちのいくつかは、単純なオンオフ（または、１、０）タイプのパターンを使用し、バイナリーパターンと称される。場合によっては、バイナリーパターンは、グレイコードシーケンスと称される特定のシーケンスを有するものとして知られているものである。ストラクチャードライトに基づく三次元計測の分野で使用されるグレイコードの用語は、電気的なエンジニアリングの分野（電気的なエンジニアリングの分野では、グレイコードの用語は、１度に単一のビットの逐次的変化を一般に意味している）で使用されるような用語とはいくらか異なっている。本出願は、三次元計測の分野（三次元計測の分野では、グレイコードは、バイナリー白黒値のシーケンスを典型的に表している）で慣習的であるようなグレイコードの用語の使用にしたがう。図１４Ａは、複数の逐次的画像５３０、５３２、５３４を含むバイナリーパターンの例を示しており、それぞれが、その上に異なる縞模様のパターンを有している。通常、ストライプは、明るい（照射されている）縞模様の領域と暗い（照射されていない）縞模様の領域との間で交互になっている。白および黒の用語は、照射されていることおよび照射されていないことをそれぞれ意味するために使用されている場合がある。したがって、画像５３０、５３２、５３４が、図１４Ｂに示されているように表面５２４の上に逐次的に投影されるとき、それは、合成画像５３６を示す。図１４Ｂの底部の２つのパターン５３５、５３７は、明確化のために、図１４Ａには図示されていないということが留意されるべきである。対象物５０１の上のそれぞれのポイント（画像の中のカメラ画素によって表されている）に関して、合成パターン５３６は、パターン５３０、５３２、５３４、５３５、５３７の逐次的投影を通して得られる固有のバイナリー値を有しており、それは、可能性のある投影角度Φの比較的に小さい範囲に対応している。与えられた画素に関する既知の画素角度Ω、および、既知のベースライン距離Ｄとともに、これらの投影角度を使用することによって、等式（１）は、カメラから対象物ポイントまでの距離Ｚを見出すために使用することが可能である。二次元の角度は、それぞれのカメラ画素に関して知られている。二次元の角度は、概して、一次元の角度オメガに対応しており、一次元の角度オメガは、等式（１）による距離Ｚの計算において使用される。しかし、それぞれのカメラ画素からカメラ透視中心を通して引かれ、所定のポイントにおいて対象物に交差するラインは、空間において二次元の角度を画定する。計算された値Ｚと組み合わせられると、２つの画素角度は、対象物表面の上のポイントに対応する三次元座標を提供する。
【００６０】
同様に、バイナリーパターンというよりも、変化するグレイスケール値を備えるストライプを有する逐次的シリーズのグレイパターンを使用することが可能である。この文脈で使用されるときには、グレイスケールの用語は、通常、白（最大光）から、さまざまなレベルのグレイ（少ない光）まで、また、黒（最小光）まで、対象物の上の所定のポイントにおける放射の量を参照している。投影されている光が赤などのような色を有しているとしても、および、グレイスケール値が赤い照射のレベルに対応しているとしても、この同じ命名法が使用される。一実施形態では、パターン（図１５）は、対象物５０１の上に放出されたパターンを作り出すために使用される、変化する光パワーレベル（例えば、黒、グレイ、および白など）を有するストライプを備える複数の画像５３８、５４０、５４２を有している。グレイスケール値が使用され、比較的に小さい可能値の範囲の中で可能投影角度Φを決定することが可能である。以上に議論されているように、次いで、等式（１）が使用され、距離Ｚを決定することが可能である。
【００６１】
別の実施形態では、対象物ポイントまでの距離Ｚは、複数の画像の中で観察される位相シフトを測定することによって見出すことが可能である。例えば、図１６に示されている一実施形態では、プロジェクターパターン５５２のグレイスケール強度５４６、５４８、５５０は、正弦波の様式で変化するが、投影パターン同士の間の位相シフトを有している。例えば、第１のプロジェクターパターンでは、正弦曲線のグレイスケール強さ５４６（単位面積当たりの光学的なパワーを表している）は、特定のポイントにおいて、ゼロ度の位相を有することが可能である。第２のプロジェクターパターンでは、正弦曲線の強さ５４８は、同じポイントにおいて、１２０度の位相を有している。第３のプロジェクターパターンでは、正弦曲線の強さ５５０は、同じポイントにおいて、２４０度の位相を有することが可能である。これは、正弦波パターンがそれぞれのステップの周期の３分の１だけ左（または、右）へシフトされているというように言うのと同じことである。位相シフト方法が使用され、それぞれのカメラ画素において、投影される光の位相を決定し、それは、コード化されたパターンの単一ショットの場合にあるような、隣接する画素からの情報を考慮する必要を排除する。多くの方法が使用され、カメラ画素の位相を決定することが可能である。１つの方法は、乗累算手順を実施し、次いで、商（ｑｕｏｔｉｅｎｔ）の逆正接をとることを含む。この方法は、当業者によく知られており、さらに議論はされない。加えて、位相シフト方法を用いて、背景光は、位相の計算において打ち消される。これらの理由によって、所与の画素に関して計算される値Ｚは、通常、コード化されたパターンの単一ショット方法を使用して計算される値Ｚよりも正確である。しかし、図１６に示されているものなどのような正弦波パターンの単一の集合によって、計算される位相のすべてが、０度から３６０度まで変化する。特定のストラクチャードライト三角測量システムに関して、それぞれの投影されるストライプに関する角度が事前に知られているので、テスト中の対象物の「厚さ」がそれほど変化しないならば、これらの計算される位相は十分である可能性がある。しかし、対象物が厚過ぎる場合には、特定の画素に関して計算される位相の中の間に、曖昧さが生じる可能性があり、その理由は、その画素は、第１の位置において対象物に衝突する第１の投影光線、または、第２の位置において対象物に衝突する第２の投影光線から得られた可能性があるからである。換言すれば、カメラ配列の中の任意の画素に関して、位相が２πラジアンよりも大きく変化し得る可能性が存在する場合には、位相は、適正にデコードされず、所望の１対１の対応が実現されない可能性がある。
【００６２】
図１７Ａは、一方法にしたがって、投影されるグレイコード強度５５４のシーケンス１〜４を示しており、その一方法によって、計算される位相に基づく距離Ｚについての曖昧さが排除され得る。グレイコードパターンの集合は、対象物の上に逐次的に投影される。示されている例では、図１７Ａの５５４の左側へ、１、２、３、４によって示されている４つの逐次的パターンが存在している。逐次的パターン１は、パターンの左半分（要素０〜１５）において暗く（黒く）なっており、パターンの右半分（要素１６〜３１）において明るく（白く）なっている。逐次的パターン２は、中心に向かって暗いバンドを有しており（要素８〜２３）、縁部に向かって明るいバンドを有している（要素２〜７、２４〜３１）。逐次的パターン３は、中心の近くに２つの分離された明るいバンドを有しており（要素４〜１１、２０〜２７）、３つの明るいバンドを有している（要素０〜３、１２〜１９、２８〜３１）。逐次的パターン４は、４つの分離された暗いバンド（要素２〜５、１０〜１３、１８〜２１、２６〜２９）、および、５つの分離された明るいバンド（要素０〜１、６〜９、１４〜１７、２２〜２５、３０〜３１）を有している。カメラの中の任意の所与の画素に関して、このパターンのシーケンスは、対象物の「対象物厚さ領域」が、すべての要素０〜３１に対応する初期の対象物厚さ領域と比較して、１６の倍数で改善されることを可能にする。
【００６３】
図１７Ｃに図示されている別の方法５５６では、図１６の方法と同様に、位相シフト方法が実施される。図１７Ｃに示されている実施形態では、パターン５５６Ａの４つの正弦波の周期が、対象物の上に投影される。以上に議論されている理由のために、図１７Ｃのパターンを使用すると、対象物までの距離Ｚの曖昧さが存在し得る。曖昧さを低減または排除するための１つの方式は、１つ以上の追加的な正弦波パターン５５６Ｂ、５５６Ｃ（それぞれのパターンは、異なるフリンジ周期（ピッチ）を有している）を投影することである。したがって、例えば、図１７Ｂにおいて、４つのフリンジ周期よりもむしろ３つのフリンジ周期を有する第２の正弦波パターン５５５が、対象物の上に投影される。一実施形態では、２つのパターン５５５、５５６に関する位相の差が使用され、目標までの距離Ｚの曖昧さを排除することを助けることが可能である。
【００６４】
曖昧さを排除するための別の方法は、例えば、図１７Ａのグレイコード方法などのような異なるタイプの方法を使用し、正弦波の位相シフト方法を使用して計算される距離Ｚの曖昧さを排除することである。
【００６５】
対象物およびデバイス５００が相対運動している用途では、単一のパターンを使用することが望ましい可能性があり、それは、カメラ５１０が、逐次的画像を投影する必要なく、対象物５０１の三次元特性を測定するために十分な情報を提供する画像をキャプチャーすることを可能にする。ここで図１８および図１９を参照すると、パターン５５８、５６６は、色の分布を有しており、色の分布は、場合によっては、対象物の測定が単一の（コード化された）画像に基づくことを可能にし得る。図１８の実施形態では、パターン５５８が、逐次的に空間的に変化する光の波長を有する光を使用し、例えば、青から緑、黄色、赤、赤紫へ逐次的に色が変化するパターンを生成させる。したがって、それぞれの特定のスペクトル波長に関して、１対１の対応が、放出された画像と画像化されるパターンとの間でなされ得る。確立された対応によって、対象物５０１の三次元座標を単一の画像化されるパターンから決定することが可能である。一実施形態では、パターン５５８のストライプが、プロジェクター平面の上のエピポーララインに対して垂直に配向される。プロジェクター平面の上のエピポーララインは、カメラ画像平面の上のエピポーララインの中へマッピングされるので、カメラ画像平面の中のエピポーララインの方向に沿って移動することによって、および、それぞれの場合におけるラインの色に留意することによって、プロジェクターポイントとカメラポイントとの間の関連性を得ることが可能である。カメラ画像平面の中のそれぞれの画素は、二次元の角度に対応するということが認識されるべきである。色は、特定の投影角度と特定のカメラ角度との間の１対１の対応の決定を可能にする。この対応情報は、カメラとプロジェクターとの間の距離（ベースライン距離Ｄ）、および、ベースラインに対するカメラおよびプロジェクターの角度と組み合わせられ、カメラから対象物までの距離Ｚの決定を可能にするのに十分である。
【００６６】
カラーパターンを使用する別の実施形態は、図１９に示されている。この実施形態では、変化する強度５６０、５６２、５６４を有する複数の色付けされたパターンが、カラーパターン５６６を生成させるように組み合わせられる。一実施形態では、複数の色付けされたパターン強度５６０、５６２、５６４は、主要な色であり、パターン５６０が赤色の強さを変化させ、パターン５６２が緑色の強さを変化させ、パターン５６４が青色の強さを変化させるようになっている。色の比率は知られているので、結果として生じる放出される画像は、画像化されるパターンの中でデコードされ得る既知の関係を有している。図１８の実施形態と同様に、対応が確立されると、対象物５０１の三次元座標を決定することが可能である。図１８のパターンとは異なり（図１８では、固有の色の単一のサイクルが投影されている）、図１９のパターンは、ほとんど同一の色の３つの完全なサイクルを投影している。図１８のパターンによって、（少なくとも、投影ラインがエピポーララインに対して垂直である場合に関して、）測定される距離Ｚの曖昧さの可能性がほとんど存在しないが、その理由は、それぞれのカメラ画素は、特定の投影方向に固有に対応する特定の色を認識するからである。カメラ角度および投影角度は知られているので、三角測量が使用され、単一のカメラ画像だけを使用して、それぞれの画素位置において三次元の対象物座標を決定することが可能である。したがって、図１８の方法は、コード化された単一ショット方法であると考えることが可能である。それとは対照的に、図１９では、対象物ポイントまでの距離Ｚの曖昧さの可能性は存在していない。例えば、カメラが紫色を見る場合には、プロジェクターは、３つの異なる角度のいずれかを投影していた可能性がある。三角測量幾何学形状に基づいて、３つの異なる距離Ｚの可能性がある。対象物の厚さが比較的に小さい値の範囲の中にあるということを事前に知られている場合には、値のうちの２つを排除し、それによって、単一のショットで三次元座標を得ることが可能であり得る。しかし、一般的な場合には、追加的な投影パターンを使用し、曖昧さを排除することが必要になることとなる。例えば、色付けされたパターンの空間的な周期が、変化させられ、次いで、二度目に対象物を照射するために使用され得る。この場合には、投影されるストラクチャードライトのこの方法は、コード化された単一ショット方法というよりも逐次的方法であると考えられる。
【００６７】
ここで図２０〜図２３を参照すると、単一の画像獲得のためのコード化されたストラクチャードライトパターンは、ストライプインデキシング技法に基づいて示されている。図２０および図２１の実施形態では、カラーストライプ５６８、５７０を有するパターンが、プロジェクター５０８によって放出される。この技法は、画像センサーの特性を利用し、ここで、センサーは、例えば、赤、緑、青またはシアン、黄色、マゼンタなどのような、３つの独立したカラーチャネルを有している。これらのセンサーチャネルによって発生させられる値の組み合わせは、多数の色付けされたパターンを作り出すことが可能である。図１９の実施形態と同様に、色分布の比率が知られており、したがって、放出されるパターンと画像化されるパターンとの間の関係を決定することが可能であり、三次元座標を計算することが可能である。Ｄｅ  Ｂｒｕｉｊｎシーケンスに基づくパターンなどのような、色付けされたパターンのさらなる他のタイプを使用することが可能である。ストライプインデキシング技法、および、Ｄｅ  Ｂｒｕｉｊｎシーケンスは、当業者によく知られており、したがって、さらに議論はされない。
【００６８】
図２２および図２３の実施形態では、色なしストライプインデキシング技法が使用されている。図２２の実施形態では、パターン５７２は、複数の強さ（グレイスケール）レベルおよび異なる幅を有するストライプのグループを提供している。結果として、全体画像の中の特定のグループのストライプは、固有のグレイスケールパターンを有している。グループの独自性に起因して、１対１の対応が、放出されるパターンと画像化されるパターンとの間で決定され、対象物５０１の座標を計算することが可能である。図２３の実施形態では、パターン５７４は、セグメント化されたパターンを有する一連のストライプを提供する。それぞれのラインは固有のセグメント設計を有しているので、対応が、放出されるパターンと画像化されるパターンとの間で決定され、対象物５０１の座標を計算することが可能である。図２０〜図２３では、エピポーララインに対して垂直な投影ライン５７２、５７４をカメラ平面の中になるように配向させることによって、追加的な利点を得ることが可能であるが、その理由は、これが、カメラとプロジェクターパターンとの間の１対１の対応を見出す際の第２の寸法の決定を簡単化するからである。
【００６９】
ここで図２４〜図２７を参照すると、二次元の空間的なグリッドパターン技法を使用する、コード化されたストラクチャードライトパターンが示されている。これらのタイプのパターンは、サブウィンドウ（例えば、パターン５７８の上のウィンドウ５７６など）がパターンの中の他のサブウィンドウに対して固有となるように配置されている。図２４の実施形態では、擬似ランダムバイナリー配列パターン５７８が使用されている。パターン５７８は、コード化されたパターンを形成する要素（例えば、円形５７９など）を備えるグリッドを使用している。他の幾何学的形状を有する要素（例えば、それに限定されないが、正方形、矩形、および三角形など）を使用することも可能であるということが認識されるべきである。図２５の実施形態では、パターン５８０は、多値擬似ランダム配列のものとして示されており、ここで、数値のそれぞれは、割り当てられた形状５８２を有している。これらの形状５８２は、固有のサブウィンドウ５８４を形成し、それは、放出されるパターンと画像化されるパターンとの間の対応を可能にし、対象物５０１の座標を計算する。図２６の実施形態では、グリッド５８６は、プロジェクター平面に対して垂直なストライプによってコード化された色である。図２６のパターンは、単一のショットでデコードされ得るパターンを必ずしも提供することとはならないが、色情報は、分析を簡単化するのを助けることが可能である。図２７の実施形態では、色付けされた形状の配列５８８（例えば、正方形または円形など）が、パターンを形成させるために使用される。
【００７０】
ここで図２８Ａ〜図２８Ｂを参照すると、例示的な正弦波パターン７２０が示されている。一実施形態では、ライン７３４は、プロジェクター平面の上のエピポーララインに対して垂直である。正弦波パターン７２０は、６０本の合計数のライン７２２与えるために一度繰り返されている３０本のライン７２２によって構成されている。それぞれのライン７２２は、上方のラインおよび下方のラインと位相がおおよそ１８０度ずれている正弦波の特徴７２３を有している。これは、ライン７２２が可能な限り近づくことを可能にし、また、より大きい被写界深度も可能にするが、その理由は、ラインは、投影される表面または獲得される画像の上で不鮮明なる可能性があるが、依然として認識されるからである。それぞれの単一のライン７２２は、単に、そのラインの位相を使用して固有にデコードすることが可能であり、ここで、ライン長さは、正弦波の少なくとも１つの波長でなければならない。
【００７１】
パターン７２０が繰り返されるので、それは、一般的に、ライン識別の曖昧さを引き起こすこととなる。しかし、この問題は、カメラの視野の幾何学形状および被写界深度によって、このシステムの中で解決される。ラインが光学的に解像され得る被写界深度の中のカメラの単一の視点（すなわち、画素の列）に関して、同じ位相を有する２つのラインを画像化することはできない。例えば、カメラの上の画素の第１の列は、パターンのライン１〜３０から反射された光だけを受信することが可能である。一方で、カメラセンサーのさらに下へ行くと、別の列は、パターンのライン２〜３１から反射された光だけを受信することとなるなどである。図２８Ｂでは、パターン７２０の拡大部分が、３つのラインのものとして示されており、ここで、連続したライン７２２の間の位相は、おおよそ１８０度である。また、ラインを固有にデコードするために、それぞれの単一のラインの位相がどのように十分であるかということを示している。
【００７２】
ここで図２９Ａ〜図２９Ｂを参照すると、正方形パターン要素を有する別のパターン７３０が示されている。一実施形態では、ライン７３２は、プロジェクター平面の上のエピポーララインに対して垂直である。正方形パターン７３０は、パターン７３０が繰り返される前に２７本のライン７３２を含有しており、５９本のライン合計数を有している。パターン７３０のコード要素７３４は、図２９Ｂの左から右へ矩形波の位相によって区別されている。パターン７３０は、逐次的ライン７３２のグループがそのメンバーの相対位相によって区別されるようにコード化される。画像の中で、逐次的ラインは、ラインに関して垂直方向にスキャンすることによって見出される。一実施形態では、垂直方向にスキャンすることは、カメラ画像平面の中のエピポーララインに沿ってスキャンすることを意味している。カメラ垂直方向画素カラムの中の逐次的ラインは、一緒に対にされ、それらの相対位相が決定される。４つの逐次的に対にされたラインは、ラインのグループをデコードし、それらをパターン７３０の中に位置付けすることを必要とされる。また、繰り返しに起因してこのパターン７３０の中に曖昧さが存在するが、これも、正弦波パターン７２０に関して上記に議論されているのと同じ様式で解決される。図２９Ｂは、正方形パターンの４つのライン７３２の拡大図を示している。この実施形態は、第１および第３のラインが同じ絶対位相を有しているので、単一のライン７３２の位相が、単独で、ラインを固有にデコードすることが可能であるということを示している。
【００７３】
相対位相と絶対位相とをコード化するこのアプローチは、位相の位置に関してより高い許容差が存在するという点において、利点を提供する。プロジェクターの構成の中の僅かな誤差（それは、ラインの位相をカメラの被写界深度を通してシフトさせることとなる）、ならびに、プロジェクターおよびカメラレンズに起因する誤差は、絶対位相を決定することをより困難にする。これは、位相を決定する際の誤差を克服するのに十分に大きくなるように周期を増加させることによって、絶対位相方法において克服することが可能である。
【００７４】
コード化された光のパターンを投影する二次元パターンに関して、３つの同一線上にないパターン要素がそれらのコードに起因して認識可能であり、それらは、二次元に投影されるので、少なくとも３つのパターン要素は同一線上にないということが認識されるべきである。正弦波状に繰り返すパターンなどのような周期的なパターンの場合に関して、それぞれの正弦波の周期は、複数のパターン要素を表している。二次元の周期的なパターンの多様性が存在しているので、パターン要素は同一線上にない。それとは対照的に、光のラインを放出するレーザーラインスキャナーの場合に関して、パターン要素のすべてが直線ラインの上に存在している。ラインは幅を有し、ライン断面のテール（ｔａｉｌ）は、信号のピークよりも小さい光学的なパワーを有する可能性があるが、ラインのこれらの態様は、対象物の表面座標を見出す際に別々に評価されず、したがって、別々のパターン要素を表さない。ラインは、複数のパターン要素を含有することが可能であるが、これらのパターン要素は、同一線上にある。
【００７５】
さらに、さまざまなパターン技法が、図３０〜図３１に示されているように組み合わせられ、バイナリー（図３０）格子縞模様のコード化されていないパターン５９０、または、色付けされた（図３１）格子縞模様のコード化されていないパターン５９２のいずれかを形成させることが可能である。図３２に示されているさらに別の実施形態では、照度差ステレオ技法を使用することが可能であり、ここでは、複数の画像５９４が対象物５０１の上で撮られ、光源５９６が複数の場所に移動させられる。
【００７６】
ここで図３３を参照すると、対象物７０２の三次元座標を獲得するためのシステム７００の別の実施形態が示されている。この実施形態では、デバイス７０４は、ＡＡＣＭＭ１００から切り離されたときに独立して動作可能である。デバイス７０４は、コントローラー７０６および随意的なディスプレイ７０８を含む。ディスプレイ７０８は、デバイス７０４のハウジングの中に一体化することが可能であるか、または、ＡＡＣＭＭ１００から独立して使用されるときにデバイス７０４に連結される別々のコンポーネントとすることが可能である。ディスプレイ７０８がデバイス７０４から分離可能である実施形態では、ディスプレイ７０８は、デバイス７０４の独立した動作を容易にするために追加的な機能性を提供するコントローラー（図示せず）を含むことが可能である。一実施形態では、コントローラー７０６は、分離可能なディスプレイの中に配設されている。
【００７７】
コントローラー７０６は、通信回路を含み、通信回路は、データ（例えば、画像または座標データなど）を、通信リンク７１２を介して、ＡＡＣＭＭ１００へ、別々のコンピューティングデバイス７１０へ、または、その両方の組み合わせへ、無線で送信するように構成されている。コンピューティングデバイス７１０は、例えば、コンピューター、ラップトップコンピューター、タブレットコンピューター、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、または携帯電話とすることが可能であるが、それに限定されない。ディスプレイ７０８は、オペレーターが、獲得された画像、または、対象物７０２の獲得された座標のポイントクラウドを見ることを可能にし得る。一実施形態では、コントローラー７０６は、獲得された画像の中のパターンをデコードし、対象物の三次元座標を決定する。別の実施形態では、画像は、デバイス７０４によって獲得され、ＡＡＣＭＭ１００、コンピューティングデバイス７１０、または、その両方の組み合わせのいずれかに送信される。
【００７８】
デバイス７０４は、ロケーションデバイスアッセンブリ７１４をさらに含むことが可能である。ロケーションデバイスアッセンブリは、全地球測位システム（ＧＰＳ）センサー、ジャイロセンサー、加速度計センサーなどのような、慣性航行センサーのうちの１つ以上を含むことが可能である。そのようなセンサーは、コントローラー７０６に電気的に連結することが可能である。ジャイロセンサーおよび加速度計センサーは、単軸または多軸デバイスとすることが可能である。ロケーションデバイスアッセンブリ７１４は、コントローラー７０６がＡＡＣＭＭ１００から切り離されるときにデバイス７０４の配向を測定または維持することを可能にするように構成されている。ロケーションデバイスアッセンブリ７１４の中のジャイロスコープは、ＭＥＭＳジャイロデバイス、ソリッドステートリングレーザーデバイス、光ファイバーデバイスジャイロスコープ、または他のタイプとすることが可能である。
【００７９】
デバイス７０４が関節アームＣＭＭ１００から取り外されると、方法が、複数のスキャンから得られた画像を組み合わせるために使用される。一実施形態では、画像は、それぞれ、コード化されたパターンを使用することによって得られ、単一の画像だけが、デバイス７０４の特定の位置および配向に関連付けされる三次元座標を得るために必要とされるようになっている。デバイス７０４によってキャプチャーされた複数の画像を組み合わせる１つの方式は、ポイントクラウド特徴がマッチし得るように、隣接する画像同士の間に少なくともいくらかの重ね合わせ部を提供することである。このマッチング機能は、上記に説明されている慣性航行デバイスによって支援され得る。
【００８０】
デバイス７０４によって収集された画像の正確な登録を支援するために使用され得る別の方法は、規準マーカーを使用することである。一実施形態では、規準マーカーは、接着性または粘着性の裏張りを有する小さいマーカー（例えば、測定されている１つまたは複数の対象物の上に設置されている円形マーカーなど）である。特に、測定されている対象物が、登録に関して使用するために、比較的に少数の特徴を有している場合に、比較的に少数のそのようなマーカーでも、複数の画像を登録する際に有用であることが可能である。一実施形態では、規準マーカーは、検査中の１つまたは複数の対象物の上の光のスポットとして投影することが可能である。例えば、複数の小さいドットを放出することができる小さい可搬型のプロジェクターは、測定されることとなる１つまたは複数の対象物の前に設置することが可能である。粘着性のドットに勝る投影されたドットの利点は、ドットが取り付けられて、後で取り外される必要がないということである。
【００８１】
一実施形態では、デバイスは、近接する囲まれた領域７１６の上方にストラクチャードライトを投影し、３５ミクロンの精度で、１００ｍｍ〜３００ｍｍの範囲で、領域７１６にわたって画像を獲得することが可能である。一実施形態では、投影部の垂直方向領域７１６は、おおよそ１５０〜２００ｍｍ2である。１つまたは複数のカメラ５１０は、１．２〜５．０メガピクセルのＣＭＯＳまたはＣＣＤセンサーを有するデジタルカメラとすることが可能である。
【００８２】
図２８および図２９を参照して、コード化されたパターンをデコードするプロセスを説明する。パターンの画像をデコードするときの第１のステップは、Ｙ方向の投影パターン７２０の特徴の重心（ｃｏｇ）７２４（図２８Ｃ）を抽出することである。これは、画素グレイスケール値の移動平均を計算することによって、および、Ｙ方向処理において、単一のカラムを一度に下向きに移動させることによって、実施される。画像の中のピクセル値が移動平均値の上方にあるときに、特徴部のための開始ポイントが見出さる。開始ポイントが見出された後に、特徴部の幅は、ピクセル値が移動平均値の下方となるまで増加し続ける。次いで、重量平均が、開始ポイントと終了ポインとの間のピクセル値およびそれらのＹ位置を使用して計算され、画像の中のパターン特徴７２３のｃｏｇ７２４を与える。また、開始ポイントと終了ポイントとの間の距離が、後で使用するために記録される。
【００８３】
結果として生じるｃｏｇ７２４は、次にパターンライン７２２を見出すために使用される。これは、画像の第１のカラムから開始して、（図に示されている方向から見たときに）左から右の方向に移動することによって行われる。このカラムのそれぞれのｃｏｇ７２４に関して、すぐ右の隣のカラムは、特定の距離の中にあるｃｏｇ７２４に関して探される。２つのマッチングｃｏｇ７２４が見出されると、次いで、ポテンシャルラインが決定される。プロセスが画像を横切って移動すると、より新しいラインが決定され、以前に決定された他のラインが、追加的なｃｏｇ７２４が許容差内に検出されるような長さに拡張される。画像全体が処理されると、フィルターが抽出されたラインに適用され、所望の長さのライン（それは、パターンの波長である）だけが、残りのステップにおいて使用されることを確実にする。また、図２８Ｃは、検出されるラインを示しており、それらは、パターンの単一の波長よりも長い。一実施形態では、隣のカラムのｃｏｇ同士の間のデルタは存在しないか、または、小さいデルタが存在する。
【００８４】
デコードするプロセスの中の次のステップは、ブロック中心の形態のＸ方向のラインに沿って投影されるパターン特徴を抽出することである。それぞれのパターンは、幅の広いブロックおよび幅の狭いブロックの両方を含有する。正弦波パターン７２０において、これは、波のピーク部および谷部を参照しており、正方形パターン７３０において、これは、幅の広い正方形および幅の狭い正方形を参照している。このプロセスは、Ｙ方向に特徴を抽出するのと同様のやり方で進めるが、しかし、移動平均は、第１の段階で見出された幅を使用して計算され、移動の方向は、ラインに沿っている。上記に説明されているように、特徴は、幅が移動平均値の上方にある領域において抽出されるが、このプロセスにおいて、また、特徴は、幅が移動平均の下方にある領域においても抽出される。幅およびＸ位置が使用され、重量平均を計算し、Ｘ方向にブロック７２６の中心を見出す。また、移動平均の交差部の間のｃｏｇ７２４のＹ位置が使用され、Ｙ方向にブロック７２６の中心を計算する。これは、ｃｏｇのＹ座標の平均をとることによって実施される。また、それぞれのラインの開始ポイントおよび終了ポイントは、このステップにおいて抽出される特徴に基づいて修正され、両方のポイントが、移動平均の交差が発生する場所にあるということを確実にする。一実施形態では、完全なブロックだけが、後の処理ステップにおいて使用される。
【００８５】
次いで、ラインおよびブロックが処理され、それぞれのラインの上のブロック中心７２６同士の間の距離が所定の許容差内にあることをさらに確実にする。これは、ラインの上の２つの隣のブロック同士の間のＸ中心位置同士の間のデルタをとることによって、および、デルタが許容差以下であることをチェックすることによって達成される。デルタが許容差以上である場合には、ラインは、より小さいラインへ分割される。ラインの上の最後の２つのブロックの間で分割が必要とされる場合には、最後のブロックは除去され、追加的なラインは生成されない。ラインの上の第１のブロックと第２のブロックとの間で、または第２のブロックと第３のブロックとの間で分割が必要とされる場合には、また、分割の左へのブロックは廃棄され、追加的なラインは生成されない。ラインに沿う任意の他の場所において分割が起こる状況に関して、ラインは２つに分割され、新しいラインが生成され、適当なブロックがそれに変換される。処理のこの段階の後に、２つのパターンは、デコードすることを終了させるために異なるステップを必要とする。
【００８６】
ここで、正弦波パターン７２０は、ラインの上のブロック中心を使用する１つの追加的な処理のステップによってデコードすることが可能である。それぞれのブロックＸ中心に関する係数、および、ライン７２２の上のパターン７２０の波長が計算され、これらの値の平均が、ライン７２２の位相を与える。次いで、ライン７２２の位相が使用され、パターン７２０の中のラインをデコードすることが可能であり、そして、それは、そのライン７２２の上のすべてのｃｏｇ７２４に関して、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標位置の決定を可能にする。
【００８７】
正方形パターン７３０がデコードされる前に、第１のライン７３２は、任意のデコードが起こり得る前に、垂直方向に接続されるべきである。これは、ラインのグループが、特定されるということ、および、正弦波パターンのような単一のラインでなないということを可能にする。接続７３６が、ブロック７３４、および、処理の第１の段階において計算されるブロックの中に含有されるｃｏｇを使用して、ライン７３２同士の間に見出される。ライン７３２の上のそれぞれのブロックの中の第１のｃｏｇは、同じカラムの中でその真下に別のｃｏｇが存在するかどうかについてテストされる。下にｃｏｇが存在しない場合には、このポイントにおいて別のラインとの接続は存在せず、したがって、処理が継続する。下にｃｏｇが存在する場合には、２つのｃｏｇの間のＹ距離が決定され、ライン同士の間の所望の最大間隔と比較される。この値よりも距離が小さい場合には、２つのラインが、そのポイントにおいて接続されていると考えられ、接続７３６が記憶され、処理が次のブロックに続く。一実施形態では、ライン接続７３６は固有のものであり、２つのラインがそれらの間に２つ以上の接続７３６を有することとならないようになっている。
【００８８】
正方形パターン７３０のための処理の次のステップは、接続ライン同士の間の位相計算である。それぞれの一対のライン７３２は、第一に、それらの間の重ね合わせ部の長さを決定するように処理される。一実施形態では、相対位相の計算を可能にするために、一対のラインの間の重ね合わせ部の少なくとも１つの波長が存在している。ラインが所望の重ね合わせ部を有している場合には、重ね合わせ部の領域の中心におけるｃｏｇが見出される。中心ｃｏｇを含有するブロック７３８、および、真下にあるｃｏｇが決定され、ブロックＸ中心同士の間の相対位相が、そのライン接続に関して計算される。このプロセスは、ライン同士の間のすべての接続に関して繰り返される。一実施形態では、プロセスは、Ｙ軸線において、下向きの方向にだけ繰り返される。これは、コードがラインより下方の接続に基づいているから、および、逆にはなっていないから、または、その両方になっているからである。図２９Ｃは、このセットのラインに関する相対位相を計算するために使用され得るブロック７３８を示している。図２９Ｃの実施形態の相対位相は、３、１、および２であり、これらの位相は、最上ラインをデコードするための最終段階において使用されることとなる。
【００８９】
正方形パターン７３０をデコードする際の次のステップは、以前のステップの中で計算された相対位相を使用して、探し出しを実施することである。それぞれのライン７３２は、４つの接続深さが到達されるまで、ライン接続７３６を見つけ出すことによって処理される。この深さが使用されるが、その理由は、これが、ラインをデコードするための位相の数であるからである。接続のそれぞれのレベルにおいて、ハッシュ（ｈａｓｈ）が、ライン７３２同士の間の相対位相を使用して決定される。要求される接続深さに到達すると、ハッシュが、ラインコードを探し出すために使用される。ハッシュが有効なコードを返す場合には、これは、投票システムの中に記録および記憶される。すべてのライン７３２がこのように処理され、所望の深さにあるすべての接続が使用され、それらが有効な位相の組み合わせである場合には投票を発生させる。次いで、最終ステップは、どのコードが、それぞれのライン７３２の上で最も多い投票を受信し、ライン７３２のコードをこの値に割り当てたかということを見出すことである。最も多い投票を受信した固有のコードが存在する場合には、ラインは、コードを割り当てられない。ライン７３２は、コードが割り当てられると特定され、ここで、そのライン７３２の上のすべてのｃｏｇに関するＸ、Ｙ、Ｚ座標位置を見出すことが可能である。
【００９０】
上記に与えられている説明は、３つ以上のパターン要素が同一線上にあるかどうかということに基づいて、ラインスキャナーと領域（ストラクチャードライト）スキャナーとの間を区別しているが、この規準の意図は、領域として投影されるパターンと、ラインとして投影されるパターンとを区別することであるということが留意されるべきである。結果的に、一次元のパターンは湾曲している可能性があるとしても、単一の経路に沿った情報だけを有する直線的に投影されるパターンは、依然としてラインパターンである。
【００９１】
本発明は例示的な実施形態を参照して説明されてきたが、本発明の範囲を逸脱することなく、さまざまな変更を行うことが可能であり、均等物がその要素の代わりにされ得るということが当業者によって理解されることとなる。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるために、多くの修正を行うことが可能である。したがって、本発明は、本発明を実施するために考慮されるベストモードとして開示されている特定の実施形態に限定されるべきでないが、本発明は、添付の特許請求の範囲に入るすべて実施形態を含むこととなるということが意図されている。そのうえ、第１、第２などの用語の使用は、任意の順序または重要性を示しておらず、むしろ、第１、第２などの用語は、１つの要素を別の要素から区別するために使用されている。そのうえ、１つの（ａ、ａｎ）などの用語の使用は、量の限定を示しておらず、むしろ、参照される項目のうちの少なくとも１つが存在することを示している。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２８Ｂ】
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【図２８Ｃ】
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【図２８Ｄ】
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【図２９Ｂ】
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【図２９Ｃ】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８Ａ】
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【図２９Ａ】
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